KR20180045317A - Three-dimensional electrode structure and secondary battery including the same - Google Patents

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정희수
김경환
양호정
임성진
허진석
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Abstract

A three-dimensional electrode structure and a secondary battery including the same are disclosed. The disclosed three-dimensional electrode structure includes a plurality of plates including an active material on a collector layer and a plurality of inner supporting layers provided between the plates. The plates may include at least first, second and third plates, and at least one inner supporting layer provided between the first and second plates and at least one inner supporting layer provided between the second and third plates may be disposed at different positions in the longitudinal direction of the second plate. At least one partition wall for supporting the plates may be further provided on the current collector layer. The electrode structure (three-dimensional electrode structure) capable of improving the energy density of the secondary battery is provided.

Description

3차원 전극구조체 및 이를 포함하는 이차전지{Three-dimensional electrode structure and secondary battery including the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional electrode structure and a secondary battery including the same,

개시된 실시예들은 전극구조체 및 이를 포함하는 전지에 관한 것이다. The disclosed embodiments relate to an electrode structure and a battery including the electrode structure.

이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등 다양한 전자 기기에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도도 높다는 장점이 있어서, 그 수요가 증가하고 있는 추세이다. A secondary battery is a battery that can be charged and discharged unlike a primary battery that can not be charged, and is widely used in various electronic devices such as a mobile phone, a notebook computer, and a camcorder. Particularly, lithium secondary batteries have higher voltage and higher energy density per unit weight than nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries, and their demand is increasing.

이차전지가 적용되는 전자 기기의 종류가 다양해지고 관련 시장이 성장함에 따라, 이차전지의 에너지 밀도 향상, 율특성(rate capability) 개선, 안정성 및 내구성 향상, 유연성 확보 등 다양한 측면에서의 성능 향상에 대한 요구도 증가하고 있다. 에너지 밀도는 이차전지의 용량 증대와 관련되고, 율특성은 이차전지의 충전 속도 향상과 관련된다. As the kinds of electronic devices to which the secondary batteries are applied are diversified and the related market is growing, there is a need to improve performance in various aspects such as improvement of energy density, rate capability, stability and durability, Demand is also increasing. The energy density is related to the capacity increase of the secondary battery, and the rate characteristic is related to the improvement of the charging speed of the secondary battery.

이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 전극구조체(3차원 구조의 전극구조체)를 제공한다. An electrode structure (electrode structure of a three-dimensional structure) capable of improving energy density of a secondary battery is provided.

이차전지의 용량 증가에 유리하고 구조적 안정성을 개선할 수 있는 전극구조체를 제공한다. Provided is an electrode structure which is advantageous in capacity increase of a secondary battery and improves structural stability.

이차전지의 성능 개선 및 수명 연장에 유리한 전극구조체를 제공한다. The present invention provides an electrode structure which is advantageous in improving the performance and extending the service life of the secondary battery.

이차전지의 율특성을 개선할 수 있는 전극구조체를 제공한다. An electrode structure capable of improving a rate characteristic of a secondary battery is provided.

상기 전극구조체를 포함하는 이차전지를 제공한다. And a secondary battery including the electrode structure.

상기 전극구조체 및 이차전지의 제조방법을 제공한다. The electrode structure and the method for manufacturing the secondary battery are provided.

일 측면(aspect)에 따르면, 집전체층; 상기 집전체층에 전기적으로 연결된 것으로, 상기 집전체층으로부터 돌출되게 배치되고, 활물질을 포함하는 복수의 플레이트; 및 상기 복수의 플레이트 사이에 구비된 복수의 내부지지층;을 포함하고, 상기 복수의 플레이트는 적어도 제1, 제2 및 제3 플레이트를 포함하고, 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층과 제2 및 제3 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층은 상기 제2 플레이트의 길이 방향으로 서로 다른 위치에 배치된 3차원 전극구조체가 제공된다. According to one aspect, a collector layer; A plurality of plates electrically connected to the current collector layer and protruding from the current collector layer and including an active material; And a plurality of inner support layers provided between the plurality of plates, wherein the plurality of plates include at least first, second, and third plates, and at least one And at least one inner support layer provided between the second and third plates is disposed at a different position in the longitudinal direction of the second plate.

상기 복수의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 제1 내부지지층과 상기 제2 및 제3 플레이트 사이에 구비된 제2 내부지지층을 포함할 수 있고, 상기 제2 및 제3 플레이트 사이의 영역에서 상기 제1 내부지지층에 대응하는 위치에는 내부지지층이 존재하지 않을 수 있다. The plurality of inner support layers may include a first inner support layer provided between the first and second plates and a second inner support layer provided between the second and third plates, The inner supporting layer may not exist at a position corresponding to the first inner supporting layer.

상기 복수의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 상기 제1 내부지지층과 이격된 제3 내부지지층을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 플레이트의 길이 방향으로, 상기 제2 내부지지층은 상기 제1 및 제3 내부지지층 사이에 위치할 수 있다. 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에서 상기 제1 및 제3 내부지지층 사이에는 별도의 내부지지층이 존재하지 않을 수 있다. The plurality of inner support layers may further include a third inner support layer spaced apart from the first inner support layer between the first and second plates, And may be located between the first and third inner support layers. A separate inner support layer may not be present between the first and third inner support layers between the first and second plates.

상기 복수의 플레이트는 제4 플레이트를 더 포함할 수 있고, 상기 제3 및 제4 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층과 상기 복수의 플레이트의 길이 방향으로 서로 대응하는 위치에 배치될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 제1 내부지지층의 중심과 상기 제3 및 제4 플레이트 사이에 구비된 제4 내부지지층의 중심을 연결한 직선은 상기 복수의 플레이트에 대하여 수직할 수 있다. The plurality of plates may further include a fourth plate, at least one inner support layer provided between the third and fourth plates includes at least one inner support layer provided between the first and second plates, And a fourth inner supporting layer provided between the third and fourth plates and the center of the first inner supporting layer provided between the first and second plates, A straight line connecting the centers of the plurality of plates may be perpendicular to the plurality of plates.

상기 복수의 플레이트는 제4 플레이트를 더 포함할 수 있고, 상기 제3 및 제4 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층에 대하여 상기 복수의 플레이트의 길이 방향으로 시프트(shift)되어 배치될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 제1 내부지지층의 중심과 상기 제3 및 제4 플레이트 사이에 구비된 제4 내부지지층의 중심을 연결한 직선은 상기 복수의 플레이트에 대하여 경사져 있을 수 있다. The plurality of plates may further include a fourth plate, and at least one inner supporting layer provided between the third and fourth plates may include at least one inner supporting layer provided between the first and second plates And a third inner supporting layer provided between the first and second plates and a fourth inner portion provided between the third and fourth plates, The straight line connecting the centers of the support layers may be inclined with respect to the plurality of plates.

상기 제1 내부지지층의 중심과 상기 제4 내부지지층의 중심을 연결한 직선은 상기 제1 플레이트에 대해 θ만큼 경사져 있을 수 있고, 여기서, θ는 70°≤θ< 90°를 만족할 수 있다. The straight line connecting the center of the first inner support layer and the center of the fourth inner support layer may be inclined by? With respect to the first plate, wherein? Can satisfy 70??? <90.

상기 복수의 내부지지층은 복수의 열을 이루도록 배열될 수 있고, 상기 복수의 열 중에서 n번째 열에 존재하는 내부지지층들의 50% 이상이 n+1번째 열에 존재하는 내부지지층들과 상기 열에 수직한 측방향으로 오버랩(overlap) 되지 않도록 배치될 수 있다. The plurality of inner supporting layers may be arranged to form a plurality of rows, wherein at least 50% of the inner supporting layers existing in the nth row among the plurality of rows are divided into inner supporting layers existing in the (n + As shown in FIG.

상기 복수의 내부지지층은 복수의 열을 이루도록 배열될 수 있고, 상기 복수의 열 중에서 n번째 열에 존재하는 내부지지층들의 50% 이상이 n+2번째 열에 존재하는 내부지지층들과 상기 열에 수직한 측방향으로 오버랩(overlap) 되지 않도록 배치될 수 있다. The plurality of inner supporting layers may be arranged to form a plurality of rows, wherein at least 50% of the inner supporting layers existing in the nth column among the plurality of rows are divided into inner supporting layers existing in the (n + 2) As shown in FIG.

상기 복수의 플레이트 각각은 약 5∼100㎛의 두께를 가질 수 있다. Each of the plurality of plates may have a thickness of about 5 to 100 mu m.

상기 복수의 플레이트 각각은 약 3∼30㎜의 길이를 가질 수 있다. Each of the plurality of plates may have a length of about 3 to 30 mm.

상기 복수의 플레이트 각각은 약 50∼1000㎛의 높이를 가질 수 있다. Each of the plurality of plates may have a height of about 50 to 1000 mu m.

상기 복수의 플레이트는 약 1∼100㎛의 간격으로 배치될 수 있다. The plurality of plates may be arranged at intervals of about 1 to 100 mu m.

상기 복수의 내부지지층 각각은 약 5∼50㎛의 두께를 가질 수 있다. Each of the plurality of inner supporting layers may have a thickness of about 5 to 50 mu m.

상기 복수의 플레이트의 길이 방향으로, 상기 복수의 내부지지층은 약 100∼1000㎛의 간격으로 형성될 수 있다. In the longitudinal direction of the plurality of plates, the plurality of inner supporting layers may be formed at intervals of about 100 to 1000 mu m.

상기 복수의 플레이트는 양극 활물질을 포함할 수 있고, 상기 3차원 전극구조체는 양극구조체일 수 있다. The plurality of plates may include a cathode active material, and the three-dimensional electrode structure may be an anode structure.

상기 복수의 플레이트 각각은 그 내부에 구비된 내부집전체층을 포함할 수 있고, 상기 내부집전체층은 상기 집전체층에 전기적으로 연결될 수 있다. Each of the plurality of plates may include an inner current collector layer disposed therein, and the inner current collector layer may be electrically connected to the current collector layer.

상기 복수의 내부지지층은 상기 복수의 플레이트와 동일한 조성의 활물질 또는 다른 조성의 활물질을 포함하거나, 비활물질을 포함할 수 있다. The plurality of inner support layers may include an active material having the same composition as the plurality of plates, or an active material having a different composition, or may include an inactive material.

상기 복수의 내부지지층 각각은 그 내부에 구비된 내부집전체층을 포함할 수 있고, 상기 내부집전체층은 상기 집전체층에 전기적으로 연결될 수 있다. Each of the plurality of inner supporting layers may include an inner collector layer disposed therein, and the inner collector layer may be electrically connected to the collector layer.

상기 집전체층 상에 구비된 것으로, 상기 복수의 플레이트를 지지하도록 상기 복수의 플레이트에 수직하게 배치된 적어도 하나의 격벽이 더 구비될 수 있고, 상기 적어도 하나의 격벽은 상기 복수의 플레이트의 외측에서 이들을 지지하도록 구비될 수 있다. And at least one partition wall provided on the current collector layer and disposed perpendicularly to the plurality of plates so as to support the plurality of plates, They may be provided to support them.

상기 집전체층과 상기 복수의 플레이트 사이에 활물질을 포함하는 베이스층이 더 구비될 수 있다. And a base layer including an active material between the current collector layer and the plurality of plates.

상기 베이스층은 활물질-금속 복합소결체를 포함할 수 있다. The base layer may include an active material-metal composite sintered body.

상기 활물질-금속 복합소결체는 Al, Cu, Ni, Co, Cr, W, Mo, Ag, Au, Pt 및 Pd로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. The active material-metal composite sintered body may include at least one metal selected from the group consisting of Al, Cu, Ni, Co, Cr, W, Mo, Ag, Au, Pt and Pd.

상기 활물질-금속 복합소결체에서 금속의 함유량은 약 1∼30 vol% 정도일 수 있다. The content of the metal in the active material-metal complex sintered body may be about 1 to 30 vol%.

다른 측면에 따르면, 집전체층; 상기 집전체층에 전기적으로 연결된 것으로, 상기 집전체층으로부터 돌출되게 배치되고, 활물질을 포함하는 복수의 플레이트; 상기 집전체층 상에 구비된 것으로, 상기 복수의 플레이트의 외측에서 이들을 지지하도록 배치된 적어도 하나의 격벽; 및 상기 복수의 플레이트 사이에 이들을 지지하도록 구비된 복수의 내부지지층;을 포함하는 3차원 전극구조체가 제공된다. According to another aspect, a collector layer; A plurality of plates electrically connected to the current collector layer and protruding from the current collector layer and including an active material; At least one partition wall provided on the current collector layer and arranged to support the outside of the plurality of plates; And a plurality of inner supporting layers provided between the plurality of plates to support the three-dimensional electrode structure.

상기 복수의 플레이트는 적어도 제1, 제2 및 제3 플레이트를 포함할 수 있고, 상기 복수의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 제1 내부지지층과 상기 제2 및 제3 플레이트 사이에 구비된 제2 내부지지층을 포함할 수 있다. 상기 제2 및 제3 플레이트 사이의 영역에서 상기 제1 내부지지층에 대응하는 위치에는 내부지지층이 존재하지 않을 수 있다. The plurality of plates may include at least first, second, and third plates, wherein the plurality of inner support layers include a first inner support layer disposed between the first and second plates, And a second inner supporting layer provided between the first inner supporting layer and the second inner supporting layer. And an inner support layer may not be present at a position corresponding to the first inner support layer in a region between the second and third plates.

상기 복수의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 상기 제1 내부지지층과 이격된 제3 내부지지층을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 플레이트의 길이 방향으로, 상기 제2 내부지지층은 상기 제1 및 제3 내부지지층 사이에 위치할 수 있다. 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에서 상기 제1 및 제3 내부지지층 사이에는 별도의 내부지지층이 존재하지 않을 수 있다. The plurality of inner support layers may further include a third inner support layer spaced apart from the first inner support layer between the first and second plates, And may be located between the first and third inner support layers. A separate inner support layer may not be present between the first and third inner support layers between the first and second plates.

상기 복수의 플레이트 각각은 그 내부에 구비된 내부집전체층을 포함할 수 있고, 상기 내부집전체층은 상기 집전체층에 전기적으로 연결될 수 있다. Each of the plurality of plates may include an inner current collector layer disposed therein, and the inner current collector layer may be electrically connected to the current collector layer.

상기 복수의 내부지지층은 상기 복수의 플레이트와 동일한 조성의 활물질 또는 다른 조성의 활물질을 포함하거나, 비활물질을 포함할 수 있다. The plurality of inner support layers may include an active material having the same composition as the plurality of plates, or an active material having a different composition, or may include an inactive material.

상기 복수의 내부지지층 각각은 그 내부에 구비된 내부집전체층을 포함할 수 있고, 상기 내부집전체층은 상기 집전체층에 전기적으로 연결될 수 있다. Each of the plurality of inner supporting layers may include an inner collector layer disposed therein, and the inner collector layer may be electrically connected to the collector layer.

다른 측면에 따르면, 제1 전극구조체; 상기 제1 전극구조체와 이격하여 배치된 제2 전극구조체; 및 상기 제1 전극구조체와 제2 전극구조체 사이에 구비된 전해질;을 포함하고, 상기 제1 전극구조체는 전술한 3차원 전극구조체를 구비하는 이차전지가 제공된다. According to another aspect, there is provided a plasma display panel comprising: a first electrode structure; A second electrode structure disposed apart from the first electrode structure; And an electrolyte disposed between the first electrode structure and the second electrode structure, wherein the first electrode structure includes the three-dimensional electrode structure described above.

상기 제1 전극구조체는 양극구조체일 수 있고, 상기 제2 전극구조체는 음극구조체일 수 있다. The first electrode structure may be a cathode structure, and the second electrode structure may be a cathode structure.

상기 제1 전극구조체는 제1 활물질을 포함하는 복수의 제1 플레이트를 포함할 수 있고, 상기 제2 전극구조체는 제2 활물질을 포함하는 복수의 제2 플레이트를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 제1 플레이트와 상기 복수의 제2 플레이트는 교대로 배치될 수 있다. The first electrode structure may include a plurality of first plates including a first active material and the second electrode structure may include a plurality of second plates including a second active material, One plate and the plurality of second plates may be arranged alternately.

상기 제1 전극구조체, 상기 전해질 및 상기 제2 전극구조체는 전지셀을 구성할 수 있고, 상기 전지셀 복수 개가 적층될 수 있다. The first electrode structure, the electrolyte, and the second electrode structure may constitute a battery cell, and a plurality of the battery cells may be stacked.

이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 전극구조체(3차원 구조의 전극구조체)를 구현할 수 있다. 이차전지의 용량 증가에 유리하고 구조적 안정성을 개선할 수 있는 전극구조체를 구현할 수 있다. 이차전지의 성능 개선 및 수명 연장에 유리한 전극구조체를 구현할 수 있다. 이차전지의 율특성을 개선할 수 있는 전극구조체를 구현할 수 있다. An electrode structure (an electrode structure having a three-dimensional structure) capable of improving the energy density of the secondary battery can be realized. It is possible to realize an electrode structure which is advantageous in increasing the capacity of the secondary battery and can improve the structural stability. It is possible to realize an electrode structure which is advantageous in improving the performance and life of the secondary battery. An electrode structure capable of improving the rate characteristics of the secondary battery can be realized.

상기 전극구조체를 적용하여 우수한 성능을 갖는 이차전지를 구현할 수 있다. 모바일 기기(mobile device) 및 웨어러블 기기(wearable device)를 포함한 다양한 전자 기기에 유용하게 적용될 수 있는 이차전지를 구현할 수 있다. A secondary battery having excellent performance can be realized by applying the electrode structure. A secondary battery which can be applied to various electronic devices including a mobile device and a wearable device can be realized.

도 1은 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다.
도 2는 비교예에 따른 전극구조체와 그 문제점을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2의 구조로 형성한 비교예에 따른 전극구조체의 문제점을 보여주는 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 4는 3차원 전극구조체에서 복수의 활물질 플레이트의 종횡비(aspect ratio)에 따른 에너지 밀도(energy density)의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 3차원 전극구조체를 적용한 단위셀(전지셀) 복수 개를 이용해서 모듈을 구성했을 때, 단위셀의 길이에 따른 상대 에너지 밀도(%)의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체에 적용될 수 이는 복수의 활물질 플레이트 및 복수의 내부지지층의 배열을 보여주는 평면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체에 적용될 수 이는 복수의 활물질 플레이트 및 복수의 내부지지층의 배열을 보여주는 평면도이다.
도 9는 다른 실시에에 따른 3차원 전극구조체의 평면 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다.
도 16은 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다.
도 17은 활물질 소결체 및 활물질-금속 복합소결체의 구성 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 다른 실시예에 따른 활물질-금속 복합소결체의 구성 및 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지를 보여주는 단면도이다.
도 21은 다른 실시예에 따른 것으로, 3차원 전극구조체를 포함하는 적층형 이차전지를 보여주는 단면도이다.
도 22는 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지를 보여주는 단면도이다.
도 23은 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지를 보여주는 단면도이다.
도 24는 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지의 동작시 전극구조체에 발생할 수 있는 스트레스의 영향을 설명하기 위한 평면도이다.
도 25는 비교예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지의 동작시 전극구조체에 발생할 수 있는 스트레스의 영향을 설명하기 위한 평면도이다.
도 26a 내지 도 26m은 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 27a 내지 도 27c는 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 28a 내지 도 28c는 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
FIG. 1 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to one embodiment.
2 is a perspective view illustrating an electrode structure according to a comparative example and its problem.
FIG. 3 is a SEM (scanning electron microscope) photograph showing a problem of the electrode structure according to the comparative example formed by the structure of FIG.
4 is a graph showing a change in energy density according to an aspect ratio of a plurality of active material plates in a three-dimensional electrode structure.
5 is a graph showing a change in relative energy density (%) according to a length of a unit cell when a module is formed using a plurality of unit cells (battery cells) to which a three-dimensional electrode structure is applied.
6 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
7 is a plan view showing an arrangement of a plurality of active material plates and a plurality of inner supporting layers that can be applied to the three-dimensional electrode structure according to one embodiment.
FIG. 8 is a plan view showing an arrangement of a plurality of active material plates and a plurality of inner supporting layers, which can be applied to a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
9 is a plan view showing an exemplary planar structure of a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
10 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
11 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
12 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
13 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
14 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
15 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
16 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
17 is a view for explaining the constitution and characteristics of the sintered active material and the active material-metal composite sintered body.
18 is a view for explaining the configuration and characteristics of the active material-metal composite sintered body according to another embodiment.
19 is a view for explaining a method for manufacturing a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to an embodiment.
20 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to an embodiment.
FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a stacked type secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
22 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
23 is a sectional view showing a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
24 is a plan view for explaining the influence of stress that may occur in an electrode structure during operation of a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to an embodiment.
25 is a plan view for explaining the influence of stress that may occur in an electrode structure during operation of a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to a comparative example.
FIGS. 26A to 26M are views for explaining a method of manufacturing a three-dimensional electrode structure according to an embodiment.
27A to 27C are views for explaining a method of manufacturing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.
28A to 28C are views for explaining a method of manufacturing a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.

이하, 실시예들에 따른 3차원 전극구조체와 이를 포함하는 이차전지 및 이들의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성 및 설명의 편의성을 위해 다소 과장되어 있을 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. Hereinafter, a three-dimensional electrode structure according to embodiments, a secondary battery including the same, and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The width and thickness of the layers or regions illustrated in the accompanying drawings may be somewhat exaggerated for clarity and ease of description. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 보여주는 사시도이다. FIG. 1 is a perspective view showing a three-dimensional electrode structure according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 집전체층(current collecting layer)(CL10)이 마련될 수 있다. 집전체층(CL10)은 제1 전극 집전체, 예컨대, 양극 집전체(cathode current collector)일 수 있다. 집전체층(CL10)은 플레이트(plate) 형상을 가질 수 있고, 이 경우, 집전체 플레이트(current collecting plate)라고 할 수 있다. Referring to FIG. 1, a current collecting layer CL10 may be provided. The current collector layer CL10 may be a first electrode current collector, for example, a cathode current collector. The current collector layer CL10 may have a plate shape. In this case, the current collector layer CL10 may be referred to as a current collecting plate.

집전체층(CL10)에 전기적으로 연결된 것으로, 집전체층(CL10)으로부터 돌출되게 배치된 복수의 활물질 플레이트(active material plate)(AP10)가 구비될 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10)는 집전체층(CL10)의 일면에 수직하게 배치될 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10)는 소정 간격을 갖고 상호 이격될 수 있고, 서로 나란하게 배열될 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10)는, 예컨대, 양극 활물질 플레이트(cathode active material plate)일 수 있다. 각각의 활물질 플레이트(AP10) 내부에 내부집전체층(inner current collecting layer)(이하, 내부집전층)(Cp10)이 구비될 수 있다. 다시 말해, 각각의 활물질 플레이트(AP10)는 그 내부에 내부집전층(Cp10)을 포함할 수 있다. 각각의 활물질 플레이트(AP10)는 내부집전층(Cp10)에 의해 두 부분(AP10a, AP10b)으로 나뉠 수 있다. 즉, 내부집전층(Cp10)의 일측에 제1 플레이트부(AP10a)가 구비될 수 있고, 내부집전층(Cp10)의 타측에 제2 플레이트부(AP10b)가 구비될 수 있다. 내부집전층(Cp10)은 활물질 플레이트(AP10)와 동일한 높이로 형성될 수 있지만, 경우에 따라서는, 활물질 플레이트(AP10)보다 낮은 높이를 가질 수도 있다. 활물질 플레이트(AP10)의 높이(H), 길이(L), 두께(폭)(T)는 도시된 바와 같을 수 있다. 여기서, 두께(T) 대비 높이(H)의 비는 종횡비(aspect ratio)(AR)라고 할 수 있다. A plurality of active material plates AP10 which are electrically connected to the current collector layer CL10 and protruded from the current collector layer CL10 may be provided. The plurality of active material plates AP10 may be disposed perpendicularly to one surface of the current collector layer CL10. The plurality of active material plates AP10 may be spaced apart from each other at a predetermined interval, and may be arranged in parallel with each other. The plurality of active material plates AP10 may be, for example, a cathode active material plate. An inner current collecting layer (hereinafter referred to as an internal current collecting layer) Cp10 may be provided in each of the active material plates AP10. In other words, each of the active material plates AP10 may include therein an internal current-carrying layer Cp10. Each of the active material plates AP10 can be divided into two portions AP10a and AP10b by the internal current-collecting layer Cp10. That is, the first plate portion AP10a may be provided on one side of the internal current-collecting layer Cp10 and the second plate portion AP10b may be provided on the other side of the internal current-collecting layer Cp10. The internal current-collecting layer Cp10 may be formed at the same height as the active material plate AP10, but in some cases, it may have a lower height than the active material plate AP10. The height H, length L, and thickness (width) T of the active material plate AP10 may be as shown. Here, the ratio of the height (T) to the height (H) can be referred to as an aspect ratio (AR).

복수의 활물질 플레이트(AP10) 사이에 복수의 내부지지층(NS10)이 구비될 수 있다. 복수의 내부지지층(NS10)은 활물질 플레이트들(AP10) 사이에서 이들을 지지하도록 배치될 수 있다. 복수의 내부지지층(NS10)은 복수의 활물질 플레이트(AP10)에 수직하게(혹은, 실질적으로 수직하게) 구비될 수 있다. 내부지지층(NS10)의 양단은 인접한 두 개의 활물질 플레이트(AP10)의 서로 마주하는 양측면에 접촉될 수 있다. 내부지지층(NS10)의 두께(tN)는 활물질 플레이트(AP10)의 길이(L) 방향으로의 내부지지층(NS10)의 폭일 수 있다. 내부지지층(NS10)의 길이는 활물질 플레이트들(AP10) 사이의 간격(d)에 대응될 수 있고, 내부지지층(NS10)의 높이는 활물질 플레이트(AP10)의 높이(H)에 대응될 수 있다. 복수의 내부지지층(NS10)의 배치/배열에 대해서는 추후에 도 7 및 도 8을 참조하여 보다 상세히 설명한다. A plurality of inner supporting layers NS10 may be provided between the plurality of active material plates AP10. A plurality of inner support layers NS10 may be arranged to support them between the active material plates AP10. The plurality of inner support layers NS10 may be provided perpendicular (or substantially perpendicular) to the plurality of active material plates AP10. Both ends of the inner support layer NS10 can be contacted with opposite sides of the two adjacent active material plates AP10. The thickness t N of the inner support layer NS10 may be the width of the inner support layer NS10 in the direction of the length L of the active material plate AP10. The length of the inner supporting layer NS10 may correspond to the distance d between the active material plates AP10 and the height of the inner supporting layer NS10 may correspond to the height H of the active material plate AP10. Arrangement / arrangement of the plurality of inner support layers NS10 will be described later in detail with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.

부가적으로, 집전체층(CL10) 상에 복수의 활물질 플레이트(AP10)를 지지하는 적어도 하나의 격벽(partition wall)(WL10)이 더 구비될 수 있다. 격벽(WL10)은 복수의 활물질 플레이트(AP10)에 수직하게(혹은, 실질적으로 수직하게) 배치될 수 있다. 격벽(WL10)은 일종의 지지판(supporting plate) 또는 지지층(supporting layer)이라고 할 수 있다. 격벽(WL10)은 복수의 활물질 플레이트(AP10)의 외측에서 이들을 지지하도록 배치될 수 있다. 이런 점에서, 격벽(WL10)은 "외부지지층"이라고 할 수 있다. 격벽(WL10)은 그 내부에 내부집전체층(이하, 격벽내 집전층)(Cw10)을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 여기서는, 격벽(WL10)이 격벽내 집전층(Cw10)을 포함하는 경우가 도시되어 있다. 이 경우, 격벽(WL10)은 격벽내 집전층(Cw10)에 의해 두 부분(WL10a, WL10b)으로 나뉠 수 있다. 다시 말해, 격벽내 집전층(Cw10)의 일측에 제1 격벽부(WL10a)가 구비될 수 있고, 격벽내 집전층(Cw10)의 타측에 제2 격벽부(WL10b)가 구비될 수 있다. 격벽내 집전층(Cw10)은 격벽(WL10)과 동일한 높이로 형성될 수 있지만, 경우에 따라서는, 격벽(WL10)보다 낮은 높이를 가질 수도 있다. 도시하지는 않았지만, 격벽(WL10)을 제1 격벽이라 하면, 이와 마주하는 제2 격벽이 더 구비될 수 있고, 제1 격벽(WL10)과 상기 제2 격벽 사이에 복수의 활물질 플레이트(AP10)가 구비될 수 있다. In addition, at least one partition wall (WL10) for supporting a plurality of active material plates (AP10) may be further provided on the current collector layer (CL10). The partition wall WL10 may be disposed perpendicular (or substantially perpendicular) to the plurality of active material plates AP10. The barrier ribs WL10 may be referred to as a supporting plate or a supporting layer. The barrier ribs WL10 may be arranged to support them on the outside of the plurality of active material plates AP10. In this regard, the partition wall WL10 may be referred to as an "external support layer ". The barrier rib WL10 may or may not include an internal current collector layer (hereinafter referred to as a partition wall current collector layer) Cw10. Here, it is shown that the barrier rib WL10 includes a barrier rib-like current-carrying layer Cw10. In this case, the partition wall WL10 can be divided into two portions WL10a and WL10b by the partition wall-inside current collection layer Cw10. In other words, the first barrier rib portion WL10a may be provided on one side of the current-collecting layer Cw10 and the second barrier rib portion WL10b may be provided on the other side of the current-barrier rib layer Cw10. The current-collecting layer Cw10 in the barrier rib may be formed at the same height as the barrier rib WL10, but in some cases it may have a lower height than the barrier rib WL10. Although not shown, the partition wall WL10 may be a first partition wall, and a second partition wall facing the first partition wall may be further provided. A plurality of active material plates AP10 are provided between the first partition wall WL10 and the second partition wall .

복수의 활물질 플레이트(AP10) 각각은 약 5㎛ 이상의 두께(폭)(T)를 가질 수 있다. 예컨대, 두께(T)는 약 5∼100㎛ 정도일 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10) 각각은 약 50㎛ 이상의 높이(H)를 가질 수 있다. 예컨대, 높이(H)는 약 50∼1000㎛ 정도일 수 있다. 활물질 플레이트(AP10)의 두께(T) 대비 높이(H)의 비, 즉, 종횡비(aspect ratio)(AR)는, 예컨대, 약 10 이상 또는 약 12 이상 또는 약 15 이상일 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10) 각각은 약 2㎜ 이상 또는 약 3㎜ 이상의 길이(L)를 가질 수 있다. 예컨대, 길이(L)는 약 3∼30㎜ 정도이거나, 경우에 따라서는, 30㎜ 보다 클 수도 있다. 한편, 복수의 내부지지층(NS10) 각각은 약 5㎛ 이상의 두께(tN)를 가질 수 있다. 예컨대, 내부지지층(NS10)의 두께(tN)는 약 5∼50㎛ 정도일 수 있다. 복수의 내부지지층(NS10) 각각은 약 1㎛ 이상 또는 약 5㎛ 이상의 길이를 가질 수 있다. 예컨대, 내부지지층(NS10)의 길이는 약 1∼100㎛ 또는 약 5∼100㎛ 정도일 수 있다. 내부지지층(NS10)의 길이는 활물질 플레이트들(AP10)의 간격(d)에 대응될 수 있다. 따라서, 활물질 플레이트들(AP10)의 간격(d)은 약 1∼100㎛ 또는 약 5∼100㎛ 정도일 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10)의 길이(L) 방향으로, 복수의 내부지지층(NS10)은 수십 ㎛ 이상의 간격으로 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 활물질 플레이트(AP10)의 길이(L) 방향으로, 복수의 내부지지층(NS10)은 약 100∼1000㎛ 정도의 간격으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 3차원 전극구조체의 구조적 안정성이 뛰어나기 때문에, 활물질 플레이트(AP10)의 높이(H) 및 길이(L)를 용이하게 증가시킬 수 있고, 활물질 플레이트(AP10)의 개수를 용이하게 증가시킬 수 있으며, 활물질 플레이트들(AP10)의 간격(d)을 용이하게 제어할 수 있다. 이와 관련해서, 높은 에너지 밀도, 고용량, 우수한 안정성 등 다양한 효과를 얻을 수 있다. 그러나 여기서 제시한 활물질 플레이트(AP10)의 길이(L), 높이(H), 두께(T)와 내부지지층(NS10)의 두께(tN), 길이(즉, d) 및 간격 등은 예시적인 것이고, 경우에 따라, 달라질 수 있다. Each of the plurality of active material plates AP10 may have a thickness (width) T of about 5 mu m or more. For example, the thickness T may be about 5 to 100 mu m. Each of the plurality of active material plates AP10 may have a height H of about 50 mu m or more. For example, the height H may be about 50 to 1000 mu m. The ratio of the height H to the thickness T of the active material plate AP10, that is, the aspect ratio AR, may be, for example, about 10 or more, or about 12 or more or about 15 or more. Each of the plurality of active material plates AP10 may have a length L of at least about 2 mm or at least about 3 mm. For example, the length L may be about 3 to 30 mm or, in some cases, greater than 30 mm. On the other hand, each of the plurality of inner supporting layers NS10 may have a thickness t N of about 5 탆 or more. For example, the thickness t N of the inner supporting layer NS10 may be about 5 to 50 mu m. Each of the plurality of inner supporting layers NS10 may have a length of about 1 mu m or more or about 5 mu m or more. For example, the length of the inner supporting layer NS10 may be about 1 to 100 占 퐉 or about 5 to 100 占 퐉. The length of the inner support layer NS10 may correspond to the interval d of the active material plates AP10. Accordingly, the spacing d of the active material plates AP10 may be about 1 to 100 占 퐉 or about 5 to 100 占 퐉. In the direction of the length L of the plurality of active material plates AP10, the plurality of inner supporting layers NS10 may be formed at an interval of several tens of 탆 or more. For example, in the direction of the length L of the plurality of active material plates AP10, the plurality of inner supporting layers NS10 may be formed at intervals of about 100 to 1000 mu m. According to the present embodiment, since the three-dimensional electrode structure is excellent in structural stability, the height H and the length L of the active material plate AP10 can be easily increased, and the number of the active material plates AP10 can be easily And it is possible to easily control the interval d of the active material plates AP10. In this regard, various effects such as high energy density, high capacity, and excellent stability can be obtained. However, the length L, height H and thickness T of the active material plate AP10 and the thickness t N , length d and interval of the inner support layer NS10 are exemplary , And may be different depending on the case.

이하, 집전체층(CL10), 활물질 플레이트(AP10), 내부집전층(Cp10), 내부지지층(NS10), 격벽(WL10), 격벽내 집전층(Cw10)의 물질 및 구성에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. The materials and configurations of the current collector layer CL10, the active material plate AP10, the internal current collector layer Cp10, the internal support layer NS10, the partition wall WL10 and the partition wall current-collecting layer Cw10 will be described in more detail do.

집전체층(CL10)은, 예를 들어, Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, In, Pd 등으로 구성된 도전성 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 집전체층(CL10)은 금속층일 수 있지만, 금속이 아닌 다른 도전성 물질로 구성된 층일 수도 있다. The current collector layer CL10 may include at least one of a conductive material composed of, for example, Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, . The current collector layer CL10 may be a metal layer, but may be a layer made of a conductive material other than a metal.

활물질 플레이트(AP10)는 양극 활물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 활물질 플레이트(AP10)는 Li-함유 산화물을 포함할 수 있다. 상기 Li-함유 산화물은 Li과 전이금속을 포함하는 산화물일 수 있다. 상기 Li-함유 산화물은, 예를 들어, LiMO2 (M = metal)일 수 있고, 여기서, M은 Co, Ni, Mn 중 어느 하나이거나 둘 이상의 조합일 수 있다. 구체적인 일례로, 상기 LiMO2는 LiCoO2일 수 있다. 상기 양극 활물질은 양극 조성의 세라믹을 포함할 수 있고, 다결정(polycrystal)이거나 단결정(single crystal)일 수 있다. 그러나, 여기서 제시한 양극 활물질의 구체적인 재료는 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 양극 활물질들이 사용될 수 있다. 내부집전층(Cp10)은 집전체층(CL10)과 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다. 예컨대, 내부집전층(Cp10)은 Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, In, Pd 등으로 구성된 도전성 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The active material plate AP10 may include a cathode active material. For example, the active material plate AP10 may comprise a Li-containing oxide. The Li-containing oxide may be an oxide including Li and a transition metal. The Li-containing oxide may be, for example, LiMO 2 (M = metal), where M may be any one of Co, Ni, Mn, or a combination of two or more. As a specific example, the LiMO 2 may be LiCoO 2 . The cathode active material may include a ceramic having an anode composition, and may be a polycrystal or a single crystal. However, the specific material of the cathode active material presented herein is exemplary, and other cathode active materials may be used. The internal current-collecting layer Cp10 may be made of the same or similar material as the collector layer CL10. For example, the internal current-collecting layer Cp10 may include at least one of a conductive material composed of Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, In and Pd.

복수의 내부지지층(NS10)은 활물질 플레이트(AP10)의 활물질과 동일한 조성의 활물질 또는 다른 조성의 활물질을 포함할 수 있다. 또는, 복수의 내부지지층(NS10)은 비활물질(non-active material)로 구성될 수 있다. 복수의 내부지지층(NS10)과 유사하게, 격벽(WL10)은 활물질 플레이트(AP10)의 활물질과 동일한 조성의 활물질 또는 다른 조성의 활물질을 포함할 수 있다. 다시 말해, 제1 및 제2 격벽부(WL10a, WL10b)는 활물질 플레이트(AP10)와 동일한 조성의 활물질 또는 다른 조성의 활물질을 포함할 수 있다. 격벽내 집전층(Cw10)의 물질은 내부집전층(Cp10)과 동일하거나 유사할 수 있다. 경우에 따라, 격벽(WL10)은 비활물질로 구성될 수 있고, 이 경우, 격벽내 집전층(Cw10)은 구비되지 않을 수 있다. The plurality of inner support layers NS10 may include an active material having the same composition as the active material of the active material plate AP10, or an active material having a different composition. Alternatively, the plurality of inner supporting layers NS10 may be composed of a non-active material. Similar to the plurality of inner supporting layers NS10, the partition wall WL10 may include an active material having the same composition as the active material of the active material plate AP10, or an active material having a different composition. In other words, the first and second partition walls WL10a and WL10b may include an active material having the same composition as the active material plate AP10 or an active material having a different composition. The material of the current-collecting layer Cw10 in the bank may be the same as or similar to that of the internal current-collecting layer Cp10. In some cases, the barrier rib WL10 may be formed of a non-active material, and in this case, the barrier rib layer Cw10 may not be provided.

본 실시예의 3차원 전극구조체는 "3차원 양극구조체"일 수 있다. 이 경우, 집전체층(CL10)은 양극 집전체층이고, 활물질 플레이트(AP10)는 양극 활물질 플레이트일 수 있다. 격벽(WL10)이 활물질을 포함하는 경우, 상기 활물질은 양극 활물질일 수 있다. The three-dimensional electrode structure of this embodiment may be a "three-dimensional anode structure ". In this case, the current collector layer CL10 may be a positive electrode collector layer, and the active material plate AP10 may be a positive electrode active material plate. When the partition wall WL10 includes an active material, the active material may be a cathode active material.

집전체층(CL10) 상에 이와 수직한(혹은, 실질적으로 수직한) 복수의 활물질 플레이트(AP10)를 구비시킨 3차원 구조의 전극구조체를 구성할 경우, 2차원적인(즉, 평면형 구조의) 전극구조체와 비교하여, 용량 및 에너지 밀도를 크게 높일 수 있다. 3차원 전극구조체는 평면형(planar type) 전극구조체와 비교하여 높은 활물질 부피분율 및 넓은 반응 면적을 확보할 수 있기 때문에, 전지(이차전지)의 에너지 밀도 및 율특성 향상에 유리할 수 있다. When a three-dimensional structure of the electrode structure is formed on the current collector layer CL10 with a plurality of (or substantially perpendicular) pluralities of active material plates AP10, a two-dimensional (that is, The capacity and the energy density can be greatly increased as compared with the electrode structure. The three-dimensional electrode structure can secure a high active material volume fraction and a wide reaction area as compared with the planar type electrode structure, and thus can be advantageous for improving the energy density and rate characteristics of the battery (secondary battery).

부가적으로, 내부지지층(NS10)이 활물질을 포함하는 경우, 복수의 활물질 플레이트(AP10)를 지지하는 역할을 하면서, 아울러, 활물질 플레이트(AP10)와 유사하게 전지 반응에 기여할 수 있다. 이와 유사하게, 격벽(WL10)은 복수의 활물질 플레이트(AP10)를 지지하는 역할을 하면서, 전지 반응에 기여할 수 있다. 따라서, 내부지지층(NS10)과 격벽(WL10)은 전극구조체의 구조적 안정성을 높이면서 반응 면적을 넓히는 역할을 겸할 수 있다. 내부지지층(NS10)을 사용할 경우, 내부지지층(NS10)이 없는 구조에 비해, 3차원 전극구조체에서의 활물질 부피분율이 증가하여 에너지 밀도 증가에 더 유리할 수 있다. In addition, when the internal support layer NS10 includes an active material, it can contribute to the cell reaction similarly to the active material plate AP10 while supporting the plurality of active material plates AP10. Similarly, the partition wall WL10 can contribute to the cell reaction while supporting the plurality of active material plates AP10. Therefore, the inner supporting layer NS10 and the partition wall WL10 can also serve to increase the structural stability of the electrode structure while widening the reaction area. When the inner supporting layer NS10 is used, the volume fraction of the active material in the three-dimensional electrode structure is increased compared to the structure in which the inner supporting layer NS10 is not present, which may be more advantageous for increasing the energy density.

도 2는 비교예에 따른 전극구조체와 그 문제점을 설명하기 위한 사시도이다. 2 is a perspective view illustrating an electrode structure according to a comparative example and its problem.

도 2를 참조하면, 비교예에 따른 전극구조체는 집전체층(CL1) 및 그 일면에 구비된 복수의 활물질 플레이트(AP1)를 구비한다. 집전체층(CL1) 상에 복수의 활물질 플레이트(AP1)를 지지하는 격벽(WL1)이 구비될 수 있다. 활물질 플레이트(AP1) 내에 내부집전층(Cp1)이 구비될 수 있고, 격벽(WL1) 내에 격벽내 집전층(Cw1)이 구비될 수 있다. Referring to FIG. 2, the electrode structure according to the comparative example includes a current collector layer CL1 and a plurality of active material plates AP1 provided on one surface of the current collector layer CL1. A partition wall WL1 for supporting a plurality of active material plates AP1 may be provided on the current collector layer CL1. An internal current-collecting layer Cp1 may be provided in the active material plate AP1 and a current-carrying layer Cw1 may be provided in the partition wall WL1.

상기 비교예에 따른 전극구조체는 도 1의 실시예에 따른 전극구조체와 달리 내부지지층(NS10)을 포함하지 않는다. 이 경우, 활물질 플레이트(AP1)의 높이(h)를 증가시키기 어렵고, 또한, 길이(l)를 증가시키기 어렵다. 활물질 플레이트(AP1)의 높이(h)를 증가시키거나 길이(l)를 증가시킬 경우, 활물질 플레이트(AP1)가 휘어지거나 무너지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 활물질 플레이트들(AP1) 사이의 간격이 불균일해질 수 있다. 따라서, 높은 종횡비(aspect ratio)(두께 대비 높이의 비)를 갖는 활물질 플레이트(AP1)를 구현하기 어려울 수 있다. 또한, 전극구조체의 길이를 증가시키기 어려울 수 있다. 결과적으로, 비교예에 따른 전극구조체로는 높은 에너지 밀도를 실현하기가 어렵고, 구조적 안정성을 확보하기가 어려울 수 있다. Unlike the electrode structure according to the embodiment of FIG. 1, the electrode structure according to the comparative example does not include the inner support layer NS10. In this case, it is difficult to increase the height h of the active material plate AP1, and it is difficult to increase the length l. When the height h of the active material plate AP1 is increased or the length l is increased, a problem that the active material plate AP1 is bent or collapsed may occur. In addition, the spacing between the active material plates AP1 may be non-uniform. Therefore, it may be difficult to realize the active material plate AP1 having a high aspect ratio (ratio of height to thickness). Further, it may be difficult to increase the length of the electrode structure. As a result, it is difficult to realize a high energy density in the electrode structure according to the comparative example, and it may be difficult to secure the structural stability.

도 3은 도 2의 구조로 형성한 비교예에 따른 전극구조체의 문제점을 보여주는 SEM(scanning electron microscope) 사진이다. 다양한 조건으로 형성한 비교예에 따른 전극구조체의 활물질 플레이트들을 위에서(즉, top view로) 촬영한 SEM 이미지이다. FIG. 3 is a SEM (scanning electron microscope) photograph showing a problem of the electrode structure according to the comparative example formed by the structure of FIG. (Top view) of the active material plates of the electrode structure according to the comparative example formed under various conditions.

도 3을 참조하면, 활물질 플레이트들이 휘어지거나 무너지거나 이들 간의 간격이 불균일해지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 현상으로 인해, 전극구조체(양극구조체) 상에 전해질 및 음극 활물질 등을 형성하는 공정이 어려워지고, 전지셀을 구성하더라도 반응 불균일 및 구조 불안정으로 인해 전지의 성능이 열화되고 수명이 짧아지는 등 문제가 발생할 수 있다. Referring to FIG. 3, there may arise a problem that the active material plates are warped or collapsed, or the intervals between them are not uniform. Such a phenomenon makes it difficult to form an electrolyte and an anode active material on the electrode structure (anode structure), and even when the battery cell is constituted, problems such as deterioration of battery performance and shortened life span due to non- May occur.

그러나, 도 1과 같은 실시예의 구조로 3차원 전극구조체를 형성하면, 활물질 플레이트(AP10)의 높이(H) 및 길이(L)를 용이하게 증가시킬 수 있기 때문에, 종횡비가 큰 활물질 플레이트(AP10)를 구현할 수 있다. 또한, 활물질 플레이트들(AP10) 사이의 간격을 균일하게(혹은, 비교적 균일하게) 제어할 수 있다. 따라서, 높은 에너지 밀도 및 우수한 율특성을 확보할 수 있고, 반응의 균일성 및 구조적 안정성을 개선할 수 있다. 또한, 내부지지층(NS10)은, 전지 구동시, 활물질의 부피 변화(팽창/수축)에 의한 변형 문제를 억제하는 역할을 하기 때문에, 전지의 내구성 및 수명이 개선될 수 있다. However, since the height H and the length L of the active material plate AP10 can be easily increased by forming the three-dimensional electrode structure with the structure of the embodiment as shown in FIG. 1, the active material plate AP10, Can be implemented. In addition, the spacing between the active material plates AP10 can be controlled uniformly (or relatively uniformly). Therefore, high energy density and excellent rate characteristics can be secured, and the uniformity of the reaction and the structural stability can be improved. Further, since the inner supporting layer NS10 plays a role of suppressing a deformation problem caused by volume change (expansion / contraction) of the active material when the battery is driven, the durability and life of the battery can be improved.

도 4는 3차원 전극구조체에서 복수의 활물질 플레이트의 종횡비(aspect ratio)에 따른 에너지 밀도(energy density)의 변화를 보여주는 그래프이다. 여기서, 에너지 밀도는 3차원 전극구조체를 적용한 이차전지의 에너지 밀도이다. 상기 이차전지의 사이즈는 13.5×39×4.4 ㎣ 로 가정하였고, 활물질 플레이트의 두께는 15㎛로 가정하였다. 도 4의 X축에서 종횡비 아래 괄호 안에 기재된 숫자는 활물질 플레이트의 높이(㎛)를 나타낸다. 4 is a graph showing a change in energy density according to an aspect ratio of a plurality of active material plates in a three-dimensional electrode structure. Here, the energy density is the energy density of the secondary battery to which the three-dimensional electrode structure is applied. The size of the secondary battery was assumed to be 13.5 x 39 x 4.4 mm, and the thickness of the active material plate was assumed to be 15 mu m. The numbers shown in parentheses below the aspect ratio in the X-axis of Fig. 4 indicate the height (mu m) of the active material plate.

도 4를 참조하면, 복수의 활물질 플레이트의 종횡비(AR)가 증가할수록 이차전지의 에너지 밀도가 증가하는 것을 알 수 있다. 도 2와 같은 비교예에 따른 구조로는 4 이상의 종횡비(AR)를 구현하기가 어렵기 때문에, 높은 에너지 밀도를 확보하기가 어려울 수 있다. 그러나 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 실시예에 따른 전극구조체를 이용하면 10 이상 또는 12 이상의 높은 종횡비(AR)를 구현할 수 있기 때문에, 약 650 Wh/L 이상 또는 약 700 Wh/L 이상의 높은 에너지 밀도를 확보할 수 있다. Referring to FIG. 4, as the aspect ratio AR of the plurality of active material plates increases, the energy density of the secondary battery increases. In the structure according to the comparative example as shown in FIG. 2, since it is difficult to realize an aspect ratio (AR) of 4 or more, it may be difficult to secure a high energy density. However, by using the electrode structure according to the embodiment described with reference to FIG. 1, it is possible to realize a high aspect ratio (AR) of 10 or more or 12 or more, so that a high energy density of about 650 Wh / L or more or about 700 Wh / .

도 5는 3차원 전극구조체를 적용한 단위셀(전지셀) 복수 개를 이용해서 모듈을 구성했을 때, 단위셀의 길이에 따른 상대 에너지 밀도(%)의 변화를 보여주는 그래프이다. 이때, 모듈의 사이즈는 10×30 ㎟ 이고, 모듈을 구성하는 복수의 단위셀들 사이의 간격은 0.15 ㎜ 였다. 단위셀의 길이가 증가할수록, 모듈을 구성하는데 필요한 단위셀의 개수는 감소한다. 5 is a graph showing a change in relative energy density (%) according to a length of a unit cell when a module is formed using a plurality of unit cells (battery cells) to which a three-dimensional electrode structure is applied. At this time, the size of the module was 10 x 30 mm 2, and the interval between the plurality of unit cells constituting the module was 0.15 mm. As the length of the unit cell increases, the number of unit cells required to construct the module decreases.

도 5를 참조하면, 단위셀의 길이가 증가할수록 상대 에너지 밀도는 증가하는 것을 알 수 있다. 예컨대, 단위셀의 사이즈가 1×3.2 ㎟ 인 경우, 상대 에너지 밀도는 약 100% 이고, 단위셀의 사이즈가 5.9×3.2 ㎟ 인 경우, 상대 에너지 밀도는 약 112% 정도였다. 즉, 활물질 플레이트의 길이가 1 mm 에서 5.9 mm로 증가함에 따라, 상대 에너지 밀도는 약 12% 정도 증가할 수 있다. 따라서, 실시예에서와 같이 내부지지층(도 1의 NS10)을 사용하여 단위셀을 길이(즉, 활물질 플레이트의 길이)를 증가시킴으로써, 이차전지의 에너지 밀도를 높일 수 있다. 도 2와 같은 비교예에 따른 구조로는 단위셀의 길이, 즉, 활물질 플레이트의 길이를 1 mm 이상으로 증가시키기 어려울 수 있다. 그러나, 실시예에 따른 구조를 이용하면, 단위셀의 길이, 즉, 활물질 플레이트의 길이를 약 3 mm 이상 또는 약 10 mm 이상으로 용이하게 증가시킬 수 있고, 결과적으로, 이차전지의 에너지 밀도를 높일 수 있다. 활물질 플레이트의 높이를 증가시켜 종횡비를 높이고, 동시에, 활물질 플레이트의 길이를 증가시킬 경우, 두 가지 효과를 모두 얻을 수 있기 때문에, 이차전지의 에너지 밀도를 더 크게 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 5, as the length of the unit cell increases, the relative energy density increases. For example, when the size of the unit cell is 1 x 3.2 mm 2, the relative energy density is about 100%, and when the size of the unit cell is 5.9 x 3.2 mm 2, the relative energy density is about 112%. That is, as the length of the active material plate increases from 1 mm to 5.9 mm, the relative energy density may increase by about 12%. Therefore, the energy density of the secondary battery can be increased by increasing the length of the unit cell (i.e., the length of the active material plate) by using the inner supporting layer (NS10 of FIG. 1) as in the embodiment. 2, it may be difficult to increase the length of the unit cell, that is, the length of the active material plate to 1 mm or more. However, by using the structure according to the embodiment, the length of the unit cell, that is, the length of the active material plate can be easily increased to about 3 mm or more or about 10 mm or more. As a result, the energy density of the secondary battery can be increased . When the height of the active material plate is increased to increase the aspect ratio and at the same time, the length of the active material plate is increased, both of the two effects can be obtained, so that the energy density of the secondary battery can be further improved.

도 1의 구조는 하나의 단위셀(전지셀) 영역에 적용될 수 있는 3차원 전극구조체의 일부에 해당할 수 있다. 하나의 단위셀(전지셀) 영역에 적용될 수 있는 3차원 전극구조체의 전체적인 구조는, 예컨대, 도 6과 같을 수 있다. The structure of FIG. 1 may correspond to a part of the three-dimensional electrode structure applicable to one unit cell (battery cell) region. The overall structure of the three-dimensional electrode structure that can be applied to one unit cell (battery cell) region may be, for example, as shown in Fig.

도 6을 참조하면, 집전체층(CL10) 상에 복수의 격벽(WL10)이 소정 방향, 예컨대, Y축 방향으로 상호 이격하여 구비될 수 있다. 예컨대, 두 개의 격벽(WL10)이 상호 이격하여 구비될 수 있다. 두 개의 격벽(WL10) 사이에 복수의 활물질 플레이트(AP10)가 구비될 수 있다. 활물질 플레이트(AP10) 내에 내부집전층(Cp10)이 구비될 수 있고, 격벽(WL10) 내에도 격벽내 집전층(Cw10)이 구비될 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10) 사이에 복수의 내부지지층(NS10)이 구비될 수 있다. 집전체층(CL10), 활물질 플레이트(AP10), 내부집전층(Cp10), 내부지지층(NS10), 격벽(WL10) 및 격벽내 집전층(Cw10)의 물질 및 특성 등은 도 1의 집전체층(CL10), 활물질 플레이트(AP10), 내부집전층(Cp10), 내부지지층(NS10), 격벽(WL10) 및 격벽내 집전층(Cw10)과 동일하거나 유사할 수 있다. 도 6에 도시된 배열 구조는 예시적인 것이고, 이는 소정 방향으로 확장/반복되거나 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 예컨대, Y축 방향으로 이격된 적어도 세 개의 격벽이 구비될 수 있고, 이들 사이에 복수의 활물질 플레이트 및 복수의 내부지지층이 구비될 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 복수의 내부지지층(NS10)의 개수 및 배치는 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다. Referring to FIG. 6, a plurality of partition walls WL10 may be provided on the current collector layer CL10 in a predetermined direction, for example, a Y axis direction. For example, the two partition walls WL10 may be spaced apart from each other. A plurality of active material plates AP10 may be provided between the two partition walls WL10. An internal current-collecting layer Cp10 may be provided in the active material plate AP10 and a current-carrying layer Cw10 may be provided in the partition wall WL10. A plurality of inner supporting layers NS10 may be provided between the plurality of active material plates AP10. The material and characteristics of the current collector layer CL10, the active material plate AP10, the internal current collector layer Cp10, the internal support layer NS10, the partition wall WL10 and the partition wall current collector layer Cw10, The active layer C10, the inner conductive layer Cp10, the inner support layer NS10, the partition wall WL10, and the partition wall inductor layer Cw10. The arrangement structure shown in Fig. 6 is an exemplary one, which can be expanded / repeated in a predetermined direction or modified in various ways. For example, at least three partition walls spaced in the Y-axis direction may be provided, and a plurality of active material plates and a plurality of inner supporting layers may be provided therebetween. Further, the number and arrangement of the plurality of inner supporting layers NS10 shown in Fig. 6 are illustrative and can be variously changed.

도 7은 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체에 적용될 수 이는 복수의 활물질 플레이트(AP10) 및 복수의 내부지지층(NS10)의 배열을 보여주는 평면도이다. 7 is a plan view showing an array of a plurality of active material plates AP10 and a plurality of inner supporting layers NS10 applicable to the three-dimensional electrode structure according to one embodiment.

도 7을 참조하면, 복수의 활물질 플레이트(AP10)는, 예컨대, 제1 내지 제6 활물질 플레이트(a1∼a6)를 포함할 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10)는 Y축 방향으로 연장될 수 있고, X축 방향으로 상호 이격하여 배치될 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10) 사이에 복수의 내부지지층(NS10)이 구비될 수 있다. 내부지지층(NS10)은 활물질 플레이트(AP10)와 별도의(separate) 층 구조를 가질 수 있다. 다시 말해, 내부지지층(NS10)은 활물질 플레이트(AP10)와 일체(one body)를 이루지 않고, 별도의 층으로 구비될 수 있다. 따라서, 필요한 경우, 내부지지층(NS10)은 활물질 플레이트(AP10)와 다른 물질을 포함하거나 다른 층 구조를 가질 수 있다. Referring to Fig. 7, the plurality of active material plates AP10 may include, for example, first through sixth active material plates a1 through a6. The plurality of active material plates AP10 may extend in the Y-axis direction and be spaced apart from each other in the X-axis direction. A plurality of inner supporting layers NS10 may be provided between the plurality of active material plates AP10. The inner support layer NS10 may have a separate layer structure with the active material plate AP10. In other words, the inner supporting layer NS10 does not form one body with the active material plate AP10 but may be provided as a separate layer. Accordingly, if necessary, the inner support layer NS10 may include another material than the active material plate AP10 or may have a different layer structure.

제1 플레이트(a1)와 제2 플레이트(a2) 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층(n1, n3)과 제2 플레이트(a2)와 제3 플레이트(a3) 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층(n2)은 제2 플레이트(a2)의 길이 방향으로 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 복수의 내부지지층(NS10)이 제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이에 구비된 제1 내부지지층(n1)과 제2 및 제3 플레이트(a2, a3) 사이에 구비된 제2 내부지지층(n2)을 포함할 경우, 제2 및 제3 플레이트(a2, a3) 사이의 영역에서 제1 내부지지층(n1)에 대응하는 위치에는 내부지지층이 존재하지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이의 영역에서 제2 내부지지층(n2)에 대응하는 위치에는 내부지지층이 존재하지 않을 수 있다. At least one inner support layer provided between the first plate a1 and the second plate a2 and at least one inner support layer provided between the second plate a2 and the third plate a3, (n2) may be disposed at different positions in the longitudinal direction of the second plate a2. A plurality of inner supporting layers NS10 are disposed between the first inner supporting layer n1 provided between the first and second plates a1 and a2 and the second inner supporting layer n1 provided between the second and third plates a2 and a3, the inner support layer may not exist at a position corresponding to the first inner support layer n1 in the region between the second and third plates a2 and a3. Similarly, an inner support layer may not be present at a position corresponding to the second inner support layer n2 in the region between the first and second plates a1 and a2.

복수의 내부지지층(NS10)이 제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이에 제1 내부지지층(n1)과 이격된 제3 내부지지층(n3)을 더 포함할 경우, 제2 플레이트(a2)의 길이 방향으로, 제2 내부지지층(n2)은 제1 및 제3 내부지지층(n1, n3) 사이에 위치할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이의 영역에서 제1 및 제3 내부지지층(n1, n3) 사이에는 별도의 내부지지층이 존재하지 않을 수 있다. When the plurality of inner support layers NS10 further include a third inner support layer n3 spaced apart from the first inner support layer n1 between the first and second plates a1 and a2, The second inner support layer n2 may be positioned between the first and third inner support layers n1 and n3. At this time, a separate inner supporting layer may not exist between the first and third inner supporting layers n1 and n3 in the region between the first and second plates a1 and a2.

제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층(n1, n3)의 배치는 제3 및 제4 플레이트(a3, a4) 사이의 영역에서 동일하게 또는 유사하게 반복될 수 있다. 또한, 제2 및 제3 플레이트(a2, a3) 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층(n2)의 배치는 제4 및 제5 플레이트(a4, a5) 사이의 영역에서 동일하게 또는 유사하게 반복될 수 있다. The arrangement of the at least one inner support layer n1, n3 provided between the first and second plates a1, a2 may be repeated equally or similarly in the region between the third and fourth plates a3, a4 . The arrangement of the at least one inner support layer n2 provided between the second and third plates a2 and a3 is also the same or similar in the region between the fourth and fifth plates a4 and a5 .

제3 및 제4 플레이트(a3, a4) 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층(n4, n5)은 제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층(n1, n3)과 복수의 활물질 플레이트(AP10)의 길이 방향으로 서로 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이에 구비된 제1 내부지지층(n1)의 중심과 제3 및 제4 플레이트(a3, a4) 사이에 구비된 제4 내부지지층(n4)의 중심을 연결한 직선은 복수의 활물질 플레이트(AP10)에 대하여 수직할 수 있다. The at least one inner support layer n4 and n5 provided between the third and fourth plates a3 and a4 includes at least one inner support layer n1 and n3 provided between the first and second plates a1 and a2, And the plurality of active material plates AP10 in the longitudinal direction. The center of the first inner support layer n1 provided between the first and second plates a1 and a2 and the center of the fourth inner support layer n4 provided between the third and fourth plates a3 and a4 The connected straight line can be perpendicular to the plurality of active material plates AP10.

제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이, 제2 및 제3 플레이트(a2, a3) 사이 및 제3 및 제4 플레이트(a3, a4) 사이에 구비된 복수의 내부지지층(n1∼n5)의 배치는 X축 방향 및 Y축 방향으로 반복될 수 있다. A plurality of inner supporting layers n1 to n5 provided between the first and second plates a1 and a2, between the second and third plates a2 and a3 and between the third and fourth plates a3 and a4, Can be repeated in the X-axis direction and the Y-axis direction.

도 8은 다른 실시예에 따른 3차원 전극구조체에 적용될 수 이는 복수의 활물질 플레이트(AP10) 및 복수의 내부지지층(NS10)의 배열을 보여주는 평면도이다. 본 실시예의 3차원 전극구조체에서 복수의 내부지지층(NS10)은 도 7에서 변형된 배열을 가질 수 있다. 8 is a plan view showing an arrangement of a plurality of active material plates AP10 and a plurality of inner supporting layers NS10 applicable to the three-dimensional electrode structure according to another embodiment. In the three-dimensional electrode structure of this embodiment, the plurality of inner supporting layers NS10 may have a modified arrangement in Fig.

도 8을 참조하면, 제3 및 제4 플레이트(a3, a4) 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층(n4', n5')은 제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층(n1', n3')에 대하여 활물질 플레이트(AP10)의 길이 방향으로 어느 정도 시프트(shift) 되어 배치될 수 있다. 제1 및 제2 플레이트(a1, a2) 사이에 구비된 제1 내부지지층(n1')의 중심과 제3 및 제4 플레이트(a3, a4) 사이에 구비된 제4 내부지지층(n4')의 중심을 연결한 직선은 활물질 플레이트(AP10)에 대하여 소정 각도(θ)로 경사져 있을 수 있다. 제1 내부지지층(n1')의 중심과 제4 내부지지층(n4')의 중심을 연결한 직선은 활물질 플레이트(AP10)에 대해 θ만큼 경사져 있을 수 있고, 여기서, θ는 70°≤θ< 90°를 만족할 수 있다. 그러나, 경사각(θ)은 전술한 바에 한정되지 않고 달라질 수 있다. 경우에 따라, 경사각(θ)은 70°미만일 수도 있다. Referring to FIG. 8, at least one inner supporting layer n4 ', n5' provided between the third and fourth plates a3 and a4 includes at least one inner supporting layer n4 ', n5' provided between the first and second plates a1 and a2 May be arranged to be shifted to some extent in the longitudinal direction of the active material plate AP10 with respect to one inner supporting layer n1 ', n3'. A fourth inner supporting layer n4 'provided between the center of the first inner supporting layer n1' provided between the first and second plates a1 and a2 and the third and fourth plates a3 and a4 The straight line connecting the centers may be inclined at a predetermined angle? With respect to the active material plate AP10. A straight line connecting the center of the first inner support layer n1 'and the center of the fourth inner support layer n4' may be inclined by? With respect to the active material plate AP10 where? ° can be satisfied. However, the inclination angle &amp;thetas; is not limited to that described above, but may be varied. In some cases, the inclination angle? May be less than 70 degrees.

본 실시예에서 복수의 내부지지층(NS10)은 대체적으로 X축 방향으로 상호 오버랩(overlap)되지 않을 수 있다. 이 경우, 복수의 내부지지층(NS10)으로 인해 전극구조체에서 발생할 수 있는 스트레스(stress)가 완화될 수 있다. 따라서, 전극구조체의 구조적 안정성 및 이를 적용한 전지의 동작 특성이 향상될 수 있다. 그러나 경우에 따라서는, 복수의 내부지지층(NS10)의 일부는 X축 방향으로 상호 오버랩될 수 있다. 오버랩되는 내부지지층(NS10)의 비율이 높지 않으면, 다시 말해, 오버랩되지 않은 내부지지층(NS10)의 비율이 비교적 높은 경우, 이러한 시프트 배치에 의한 스트레스 완화 효과를 얻을 수 있다. 이와 관련해서, X축 방향으로 오버랩되지 않은 내부지지층(NS10)의 비율은 약 50% 이상 또는 약 70% 이상일 수 있다. In this embodiment, the plurality of inner support layers NS10 may not overlap each other in the X axis direction. In this case, the stress that may occur in the electrode structure due to the plurality of inner supporting layers NS10 can be alleviated. Therefore, the structural stability of the electrode structure and the operating characteristics of the battery can be improved. However, in some cases, a part of the plurality of inner supporting layers NS10 may overlap each other in the X-axis direction. If the ratio of the overlapping inner support layer NS10 is not high, in other words, if the ratio of the non-overlapping inner support layer NS10 is relatively high, the stress relaxation effect due to such shift placement can be obtained. In this regard, the ratio of the internal support layer NS10 that does not overlap in the X-axis direction may be about 50% or more or about 70% or more.

복수의 내부지지층(NS10)이 복수의 열을 이루도록 배열될 수 있다. 상기 복수의 열은 복수의 활물질 플레이트(AP10) 사이사이에 배치될 수 있다. n번째 열에 존재하는 내부지지층들의 약 50% 이상 또는 약 70% 이상은 n+1번째 열에 존재하는 내부지지층들과 X축 방향으로 오버랩되지 않을 수 있다. 또한, n+1번째 열에 존재하는 내부지지층들의 약 50% 이상 또는 약 70% 이상은 n+2번째 열에 존재하는 내부지지층들과 X축 방향으로 오버랩되지 않을 수 있다. 또한, n번째 열에 존재하는 내부지지층들의 약 50% 이상 또는 약 70% 이상은 n+2번째 열에 존재하는 내부지지층들과 X축 방향으로 오버랩되지 않을 수 있다. 그러나, 도 7의 실시예의 경우, n번째 열에 존재하는 내부지지층들이 n+2번째 열에 존재하는 내부지지층들과 대체로 오버랩될 수 있다. The plurality of inner support layers NS10 may be arranged to form a plurality of rows. The plurality of rows may be disposed between the plurality of active material plates AP10. about 50% or more or about 70% or more of the inner supporting layers existing in the n-th row may not overlap with the inner supporting layers existing in the (n + 1) -th row in the X-axis direction. In addition, about 50% or more or about 70% or more of the inner supporting layers existing in the (n + 1) -th row may not overlap with the inner supporting layers existing in the (n + 2) -th row in the X-axis direction. Also, at least about 50% or about 70% of the inner supporting layers existing in the n-th row may not overlap with the inner supporting layers existing in the (n + 2) -th row in the X-axis direction. However, in the embodiment of FIG. 7, the inner supporting layers existing in the nth column may substantially overlap with the inner supporting layers existing in the (n + 2) th column.

도 9는 다른 실시에에 따른 3차원 전극구조체의 평면 구조를 예시적으로 보여주는 평면도이다. 도 9의 구조 일부는 도 8의 실시예에 대응할 수 있다. 9 is a plan view showing an exemplary planar structure of a three-dimensional electrode structure according to another embodiment. Part of the structure of Fig. 9 may correspond to the embodiment of Fig.

도 9를 참조하면, 두 개의 격벽(WL10)이 상호 이격하여 배치될 수 있고, 이들 사이에 복수의 활물질 플레이트(AP10)가 구비될 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10)는 격벽(WL10)에 수직하게 배치될 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10) 사이에 복수의 내부지지층(NS10)이 구비될 수 있다. 복수의 내부지지층(NS10)은 복수의 활물질 플레이트(AP10)에 수직하게 배치될 수 있다. 복수의 내부지지층(NS10)의 배열은 도 8에서 설명한 바와 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 복수의 내부지지층(NS10)은 대체적으로 X축 방향으로 상호 오버랩(overlap)되지 않을 수 있다. Referring to FIG. 9, two partition walls WL10 may be disposed apart from each other, and a plurality of active material plates AP10 may be provided therebetween. The plurality of active material plates AP10 may be disposed perpendicular to the partition wall WL10. A plurality of inner supporting layers NS10 may be provided between the plurality of active material plates AP10. The plurality of inner support layers NS10 may be arranged perpendicular to the plurality of active material plates AP10. The arrangement of the plurality of inner supporting layers NS10 may be the same as or similar to that described in Fig. Therefore, the plurality of inner supporting layers NS10 may not overlap each other in the X axis direction.

도시하지는 않았지만, 복수의 내부지지층(NS10)이 규칙적으로 배열되지 않고, 랜덤하게(randomly) 또는 불규칙적으로 배열된 구조도 가능하다. 이 경우에도, 그 일부는 도 7 또는 도 8을 참조하여 설명한 배열을 가질 수 있다. Although not shown, a structure in which a plurality of internal support layers NS10 are arranged in a randomly or irregular manner is possible without being regularly arranged. Even in this case, a part thereof may have the arrangement described with reference to Fig. 7 or Fig.

다른 실시예에 따르면, 도 1의 구조에서 활물질 플레이트(AP10) 내부에 내부집전층(Cp10)을 사용하지 않을 수 있고, 격벽내 집전층(Cw10)도 사용하지 않을 수 있다. 그 일례가 도 10에 도시되어 있다. According to another embodiment, in the structure of FIG. 1, the internal current-carrying layer Cp10 may not be used in the active material plate AP10, and the current-carrying layer Cw10 in the partition wall may not be used. An example thereof is shown in Fig.

도 10을 참조하면, 활물질 플레이트(AP10')는 내부집전층을 포함하지 않을 수 있고, 격벽(WL10')도 내부집전층(즉, 격벽내 집전층)을 포함하지 않을 수 있다. 활물질 플레이트(AP10')는 양극 활물질을 포함할 수 있다. 활물질 플레이트(AP10')의 물질은 도 1의 제1 및 제2 플레이트부(AP10a, AP10b)와 동일하거나 유사할 수 있다. 격벽(WL10')도 양극 활물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 격벽(WL10')의 활물질은 활물질 플레이트(AP10')의 활물질과 동일한 조성이거나 다른 조성일 수 있다. Referring to FIG. 10, the active material plate AP10 'may not include the internal current collecting layer, and the partition wall WL10' may not include the internal current collecting layer (that is, the current collecting layer in the partition wall). The active material plate AP10 'may include a cathode active material. The material of the active material plate AP10 'may be the same as or similar to the first and second plate portions AP10a and AP10b of FIG. The barrier rib WL10 'may also include a cathode active material. In this case, the active material of the partition wall WL10 'may have the same composition as the active material of the active material plate AP10' or may have a different composition.

다른 실시예에 따르면, 도 1 및 도 6 내지 도 10의 구조에서 내부지지층(NS10)은 비활물질로 구성될 수 있다. 그 예들이 도 11, 도 12에 도시되어 있다. According to another embodiment, in the structures of Figs. 1 and 6 to 10, the inner supporting layer NS10 may be composed of an inactive material. Examples thereof are shown in Figs. 11 and 12. Fig.

도 11은 도 10의 구조에 비활물질 내부지지층(NS15)을 적용한 경우이고, 도 12는 도 1의 구조에 비활물질 내부지지층(NS15)을 적용한 경우이다. 도 11에서 내부지지층(NS15)을 제외한 나머지 구성은 도 10과 동일할 수 있고, 도 12에서 내부지지층(NS15)을 제외한 나머지 구성은 도 1과 동일할 수 있다. 비활물질로 구성된 내부지지층(NS15)을 사용하는 경우, 내부지지층(NS15)에 적용할 수 있는 물질의 종류가 다양해질 수 있다. 따라서, 구조적 강도 강화 및 제조의 용이성 등을 고려하여 적절한 물질을 내부지지층(NS15)에 적용할 수 있다. 구체적인 예로, 내부지지층(NS15)에 적용될 수 있는 비활물질로는 Al 산화물, Zr 산화물, Si 산화물, Li-Si 산화물 등이 있을 수 있다. 경우에 따라서는, 도 10 및 도 11의 구조에서 격벽(WL10')을 비활물질로 구성할 수도 있다. FIG. 11 shows a case where the non-active material inner supporting layer NS15 is applied to the structure of FIG. 10, and FIG. 12 shows the case where the non-active inner supporting layer NS15 is applied to the structure of FIG. 11, except for the inner support layer NS15, may be the same as in FIG. 10, and the remaining structure except for the inner support layer NS15 in FIG. 12 may be the same as FIG. When an inner supporting layer NS15 made of an inactive material is used, the kinds of materials applicable to the inner supporting layer NS15 can be varied. Therefore, an appropriate material can be applied to the inner support layer (NS15) in consideration of structural strength enhancement and ease of manufacture. As a specific example, the non-active material that can be applied to the inner support layer NS15 may be Al oxide, Zr oxide, Si oxide, Li-Si oxide, or the like. In some cases, the partition wall WL10 'in the structures of Figs. 10 and 11 may be formed of an inactive material.

다른 실시예에 따르면, 도 1 및 도 6 내지 도 10의 구조에서 내부지지층(NS10) 내에 내부집전체층(inner current collecting layer)을 구비시킬 수 있다. 그 일례가 도 13에 도시되어 있다. According to another embodiment, an inner current collecting layer may be provided in the inner supporting layer NS10 in the structures of FIGS. 1 and 6 to 10. FIG. An example thereof is shown in Fig.

도 13을 참조하면, 내부지지층(NS11) 내에 내부집전체층(이하, 지지층내 집전층)(Cn11)이 구비될 수 있다. 지지층내 집전층(Cn11)은 집전체층(CL10)에 전기적으로 접촉될 수 있다. 지지층내 집전층(Cn11)의 물질은 도 1에서 설명한 내부집전층(Cp10) 또는 격벽내 집전층(Cw10)과 동일하거나 유사할 수 있다. 예컨대, 지지층내 집전층(Cn11)은 Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, In, Pd 등으로 구성된 도전성 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 각각의 내부지지층(NS11)은 지지층내 집전층(Cn11)에 의해 제1 및 제2 지지층부로 나눠질 수 있다. 상기 제1 및 제2 지지층부는 양극 활물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 지지층부의 활물질은 활물질 플레이트(AP10)의 활물질과 동일한 조성이거나 다른 조성일 수 있다. 지지층내 집전층(Cn11)을 사용할 경우, 지지층내 집전층(Cn11)을 통해 내부지지층(NS11) 전체에 전류의 공급이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 내부지지층(NS11)에서 발생된 전하(전자)가 지지층내 집전층(Cn11)을 통해 집전체층(CL10)으로 용이하게 이동할 수 있다. 이와 관련해서, 3차원 전극구조체를 적용한 이차전지의 성능이 더욱 향상될 수 있다. Referring to FIG. 13, an inner current collector layer (hereinafter referred to as a current-carrying layer in the support layer) Cn11 may be provided in the internal support layer NS11. The current-collecting layer Cn11 in the supporting layer can be electrically contacted to the current-collector layer CL10. The material of the current-collecting layer Cn11 in the supporting layer may be the same as or similar to the internal current-collecting layer Cp10 or the partitioning-wall current-collecting layer Cw10 described in Fig. For example, the current-carrying layer Cn11 in the support layer may include at least one of a conductive material composed of Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, . Each inner supporting layer NS11 can be divided into the first and second supporting layer portions by the current-collecting layer Cn11 in the supporting layer. The first and second support layer portions may include a cathode active material. In this case, the active material of the first and second support layer portions may have the same composition as the active material of the active material plate AP10 or may have a different composition. When the current-collecting layer Cn11 in the supporting layer is used, current can be easily supplied to the entire internal supporting layer NS11 through the current-carrying layer Cn11 in the supporting layer. In addition, the charge (electrons) generated in the inner supporting layer NS11 can easily move to the collector layer CL10 through the in-support layer Cn11. In this regard, the performance of the secondary battery employing the three-dimensional electrode structure can be further improved.

다른 실시예에 따르면, 도 1 및 도 6 내지 도 13의 구조에서 집전체층(CL10)과 복수의 활물질 플레이트(AP10, AP10') 사이에 활물질을 포함하는 베이스층(활물질 베이스층)을 더 구비시킬 수 있다. 그 일례가 도 14에 도시되어 있다. According to another embodiment, a base layer (active material base layer) including an active material is additionally provided between the collector layer CL10 and the plurality of active material plates AP10 and AP10 'in the structures of FIGS. 1 and 6 to 13 . An example thereof is shown in Fig.

도 14는 도 13의 구조에 활물질 베이스층(active material base layer)(AB10)을 구비시킨 경우를 보여준다. 집전체층(CL10) 상에 활물질 베이스층(AB10)이 구비될 수 있고, 활물질 베이스층(AB10) 상에 복수의 활물질 플레이트(AP10)가 구비될 수 있다. 따라서, 복수의 활물질 플레이트(AP10)는 활물질 베이스층(AB10)을 통해서 집전체층(CL10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 활물질 플레이트(AP10)가 내부집전층(Cp10)을 포함하는 경우, 내부집전층(Cp10)은 활물질 베이스층(AB10)에 전기적으로 접촉될 수 있다. 또한, 복수의 내부지지층(NS11) 및 격벽(WL10)도 활물질 베이스층(AB10) 상에 구비될 수 있다. 지지층내 집전층(Cn11) 및 격벽내 집전층(Cw10)이 사용된 경우, 이들은 활물질 베이스층(AB10)에 전기적으로 접촉될 수 있다. 활물질 베이스층(AB10)의 활물질(양극 활물질)은 활물질 플레이트(AP10)의 활물질과 동일한 조성이거나 다른 조성일 수 있다. FIG. 14 shows a case where an active material base layer AB10 is provided in the structure of FIG. The active material base layer AB10 may be provided on the collector layer CL10 and the plurality of active material plates AP10 may be provided on the active material base layer AB10. Accordingly, the plurality of active material plates AP10 can be electrically connected to the collector layer CL10 via the active material base layer AB10. When the plurality of active material plates AP10 include the internal current-collecting layer Cp10, the internal current-collecting layer Cp10 may be in electrical contact with the active material base layer AB10. Further, a plurality of inner support layers NS11 and barrier ribs WL10 may also be provided on the active material base layer AB10. When the current-carrying layer Cn11 in the supporting layer and the current-carrying layer Cw10 in the partition are used, they may be in electrical contact with the active material base layer AB10. The active material (cathode active material) of the active material base layer AB10 may have the same composition as the active material of the active material plate AP10 or may have a different composition.

활물질 베이스층(AB10)은 3차원 전극구조체의 구조적 안정성을 높이는 역할을 할 수 있다. 활물질 베이스층(AB10)을 사용하면, 활물질 베이스층(AB10)과 활물질 플레이트(AP10) 사이의 수축률 차이가 없거나 작기 때문에, 구조적 안정성 확보가 용이할 수 있다. The active material base layer AB10 can improve the structural stability of the three-dimensional electrode structure. When the active material base layer AB10 is used, since there is no difference in shrinkage rate between the active material base layer AB10 and the active material plate AP10, the structural stability can be easily secured.

다른 실시예에 따르면, 도 14의 활물질 베이스층(AB10)의 물질로 활물질과 금속의 복합소결체(sintered composite)를 적용할 수 있다. 그 일례가 도 15에 도시되어 있다. According to another embodiment, a sintered composite of an active material and a metal may be applied to the material of the active material base layer AB10 of FIG. An example thereof is shown in Fig.

도 15를 참조하면, 활물질 베이스층(AB12)의 물질로 활물질과 금속의 복합소결체(sintered composite)를 적용할 수 있다. 이하에서는, 상기 복합소결체를 "활물질-금속 복합소결체"라 한다. 상기 활물질은 양극 활물질일 수 있다. 예컨대, 상기 양극 활물질은 Li-함유 산화물을 포함할 수 있다. 상기 Li-함유 산화물은 Li과 전이금속을 포함하는 산화물일 수 있다. 상기 Li-함유 산화물은, 예를 들어, LiMO2 (M = metal)일 수 있고, 여기서, M은 Co, Ni, Mn 중 어느 하나이거나 둘 이상의 조합일 수 있다. 구체적인 일례로, 상기 LiMO2는 LiCoO2일 수 있다. 상기 양극 활물질은 양극 조성의 세라믹을 포함할 수 있고, 다결정(polycrystal)이거나 단결정(single crystal)일 수 있다. 그러나, 여기서 제시한 양극 활물질의 구체적인 재료는 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 양극 활물질들이 사용될 수 있다. 한편, 활물질 베이스층(AB12)에 포함된 금속, 즉, 상기 활물질-금속 복합소결체에 포함된 금속은, 예를 들어, Al, Cu, Ni, Co, Cr, W, Mo, Ag, Au, Pt 및 Pd로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 활물질-금속 복합소결체에서 금속의 함유량은, 예컨대, 약 1∼30 vol% 정도일 수 있다. 상기 활물질-금속 복합소결체는 복수의 활물질 그레인(grain)과 복수의 금속 그레인을 포함할 수 있고, 상기 복수의 금속 그레인의 평균 사이즈는 상기 복수의 활물질 그레인의 평균 사이즈보다 작을 수 있다. 상기 복수의 활물질 그레인의 입계(grain boundary) 혹은 그 부근에 상기 복수의 금속 그레인이 구비될 수 있다. Referring to FIG. 15, a sintered composite of an active material and a metal may be used as a material of the active material base layer (AB12). Hereinafter, the complex sintered body is referred to as "active material-metal composite sintered body &quot;. The active material may be a cathode active material. For example, the cathode active material may include a Li-containing oxide. The Li-containing oxide may be an oxide including Li and a transition metal. The Li-containing oxide may be, for example, LiMO 2 (M = metal), where M may be any one of Co, Ni, Mn, or a combination of two or more. As a specific example, the LiMO 2 may be LiCoO 2 . The cathode active material may include a ceramic having an anode composition, and may be a polycrystal or a single crystal. However, the specific material of the cathode active material presented herein is exemplary, and other cathode active materials may be used. The metal contained in the active material base layer AB12, that is, the metal included in the active material-metal complex sintered body, may be, for example, Al, Cu, Ni, Co, Cr, W, Mo, Ag, And Pd. &Lt; / RTI &gt; The content of the metal in the active material-metal composite sintered body may be, for example, about 1 to 30 vol%. The active material-metal composite sintered body may include a plurality of active material grains and a plurality of metal grains, and the average size of the plurality of metal grains may be smaller than the average size of the plurality of active material grains. The plurality of metal grains may be provided at grain boundaries of the plurality of active material grains.

활물질 베이스층(AB12)이 활물질-금속 복합소결체를 포함할 경우, 활물질 베이스층(AB12)은 높은 전기전도도를 가질 수 있다. 따라서, 활물질 베이스층(AB12) 상에 많은 수의 활물질 플레이트(AP10)를 형성할 수 있고, 활물질 플레이트(AP10)의 종횡비(aspect ratio)(AR)(즉, 두께 대비 높이의 비)를 더 증가시킬 수 있다. 또한, 활물질 베이스층(AB12)이 높은 전기전도도를 갖기 때문에, 활물질 베이스층(AB12)은 높은 전류 밀도를 가질 수 있다. 이와 같이, 활물질 플레이트(AP10)가 큰 종횡비(AR)를 갖고, 활물질 베이스층(AB12)의 전류 밀도가 높은 것과 관련해서, 본 실시예의 3차원 전극구조체는 이차전지의 에너지 밀도 향상 및 율특성 개선에 유리할 수 있다. 부가적으로, 활물질 베이스층(AB12)의 전기전도도가 높기 때문에, 활물질 베이스층(AB12)의 두께를 소정 수준 이상으로 용이하게 확보할 수 있고, 따라서, 구조적 안정성 확보에 더욱 유리할 수 있다. When the active material base layer AB12 includes the active material-metal composite sintered body, the active material base layer AB12 may have a high electrical conductivity. Therefore, it is possible to form a large number of active material plates AP10 on the active material base layer AB12 and to further increase the aspect ratio AR of the active material plate AP10 (i.e., the ratio of height to thickness) . In addition, since the active material base layer AB12 has a high electric conductivity, the active material base layer AB12 can have a high current density. As described above, in the case where the active material plate AP10 has a large aspect ratio AR and the current density of the active material base layer AB12 is high, the three-dimensional electrode structure of the present embodiment improves the energy density and the rate characteristic of the secondary battery Lt; / RTI &gt; In addition, since the electrical conductivity of the active material base layer AB12 is high, the thickness of the active material base layer AB12 can be easily secured to a predetermined level or higher, and thus, it can be more advantageous in securing the structural stability.

다른 실시예에 따르면, 복수의 활물질 플레이트(AP10, AP10'), 복수의 내부지지층(NS10, NS11) 및 격벽(WL10) 중 적어도 하나에도 활물질과 금속의 복합소결체(sintered composite)를 적용할 수 있다. 그 일례가 도 16에 도시되어 있다. According to another embodiment, a sintered composite of an active material and a metal may be applied to at least one of the plurality of active material plates AP10 and AP10 ', the plurality of inner support layers NS10 and NS11, and the barrier rib WL10 . An example thereof is shown in Fig.

도 16을 참조하면, 집전체층(CL10) 상에 활물질 베이스층(AB12)을 구비시킬 수 있다. 활물질 베이스층(AB12)은 도 15에서 설명한 바와 같은 활물질-금속 복합소결체를 포함할 수 있다. 활물질 베이스층(AB12) 상에 복수의 활물질 플레이트(AP12)와 이들 사이를 지지하는 복수의 내부지지층(NS12)이 구비될 수 있다. 또한, 활물질 베이스층(AB12) 상에 복수의 활물질 플레이트(AP12)의 외측에서 이들을 지지하는 적어도 하나의 격벽(WL12)이 더 구비될 수 있다. Referring to FIG. 16, an active material base layer AB12 may be provided on the current collector layer CL10. The active material base layer AB12 may include an active material-metal composite sintered body as described with reference to FIG. A plurality of active material plates AP12 and a plurality of inner supporting layers NS12 for supporting the active material plates AP12 may be provided on the active material base layer AB12. In addition, at least one partition wall WL12 may be further provided on the active material base layer AB12 to support the active material plate AP12 outside the plurality of active material plates AP12.

활물질 플레이트(AP12)는 활물질과 금속의 복합소결체를 포함할 수 있다. 상기 복합소결체는 "활물질-금속 복합소결체"라 할 수 있다. 상기 활물질은 양극 활물질일 수 있다. 예컨대, 상기 양극 활물질은 Li-함유 산화물을 포함할 수 있고, 상기 Li-함유 산화물은 LiMO2 (M = metal)일 수 있다. 여기서, M은 Co, Ni, Mn 중 어느 하나이거나 둘 이상의 조합일 수 있다. 상기 양극 활물질은 양극 조성의 세라믹을 포함할 수 있고, 다결정이거나 단결정일 수 있다. 여기서 제시한 양극 활물질의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 양극 활물질들이 사용될 수 있다. 한편, 활물질 플레이트(AP12)에 포함된 금속, 즉, 상기 활물질-금속 복합소결체에 포함된 금속은, 예를 들어, Al, Cu, Ni, Co, Cr, W, Mo, Ag, Au, Pt 및 Pd로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 활물질 플레이트(AP12)의 활물질-금속 복합소결체에서 금속의 함유량은, 예컨대, 약 1∼20 vol% 정도일 수 있다. 상기 활물질-금속 복합소결체는 복수의 활물질 그레인과 복수의 금속 그레인을 포함할 수 있고, 상기 복수의 금속 그레인의 평균 사이즈는 상기 복수의 활물질 그레인의 평균 사이즈보다 작을 수 있다. 상기 복수의 활물질 그레인의 입계(grain boundary) 혹은 그 부근에 상기 복수의 금속 그레인이 구비될 수 있다. The active material plate AP12 may include a composite sintered body of an active material and a metal. The composite sintered body may be referred to as "active material-metal composite sintered body &quot;. The active material may be a cathode active material. For example, the cathode active material may include a Li-containing oxide, and the Li-containing oxide may be LiMO 2 (M = metal). Here, M may be any one of Co, Ni, and Mn, or a combination of two or more thereof. The cathode active material may include ceramics having an anode composition, and may be polycrystalline or single crystal. The specific materials of the cathode active material shown here are illustrative, and other cathode active materials can be used. The metal contained in the active material plate AP12, that is, the metal included in the active material-metal composite sintered body, may be, for example, Al, Cu, Ni, Co, Cr, W, Mo, Ag, Pd. &Lt; / RTI &gt; The content of the metal in the active material-metal composite sintered body of the active material plate AP12 may be, for example, about 1 to 20 vol%. The active material-metal composite sintered body may include a plurality of active material grains and a plurality of metal grains, and the average size of the plurality of metal grains may be smaller than the average size of the plurality of active material grains. The plurality of metal grains may be provided at grain boundaries of the plurality of active material grains.

복수의 활물질 플레이트(AP12)가 활물질-금속 복합소결체를 포함하고, 활물질 베이스층(AB12)도 활물질-금속 복합소결체를 포함하는 경우, 활물질 플레이트(AP12)의 활물질-금속 복합소결체의 금속 함유량(vol%)은 활물질 베이스층(AB12)의 활물질-금속 복합소결체의 금속 함유량(vol%)보다 적을 수 있다. 따라서, 활물질 플레이트(AP12)에서 금속의 부피분율은 활물질 베이스층(AB12)에서 금속의 부피분율보다 작을 수 있다. 다시 말해, 활물질 플레이트(AP12)에서 활물질의 부피분율은 활물질 베이스층(AB12)에서 활물질의 부피분율보다 클 수 있다. 이러한 활물질 플레이트(AP12)는 우수한 전기전도 특성을 가지면서, 에너지 밀도 향상에 유리할 수 있다. 활물질 플레이트(AP12)에 포함된 금속에 의해 전기전도 특성이 향상될 수 있고, 활물질 플레이트(AP12)의 활물질 부피분율이 비교적 크기 때문에 에너지 밀도 향상에 유리할 수 있다. 한편, 활물질 베이스층(AB12)의 활물질-금속 복합소결체의 전기전도도는 활물질 플레이트(AP12)의 활물질-금속 복합소결체의 전기전도도보다 높을 수 있다. 이러한 활물질 베이스층(AB12)을 이용해서, 복수의 활물질 플레이트(AP12)에 대하여 우수한 전기전도 특성을 확보할 수 있고, 복수의 활물질 플레이트(AP12)의 높이를 용이하게 증가시킬 수 있다. 이와 관련해서, 에너지 밀도 향상 및 율특성 개선에 유리할 수 있다. 또한, 활물질 베이스층(AB12)의 두께를 증가시킬 수 있기 때문에, 구조적 안정성 확보에 유리할 수 있다. 여기서는, 활물질 플레이트(AP12)의 금속 함유량이 활물질 베이스층(AB12)의 금속 함유량보다 적은 경우 및 활물질 베이스층(AB12)의 전기전도도가 활물질 플레이트(AP12)의 전기전도도보다 높은 경우에 대해서 설명하였지만, 이는 예시적인 것이고 달라질 수 있다. 경우에 따라서는, 활물질 플레이트(AP12)의 금속 함유량은 활물질 베이스층(AB12)의 금속 함유량과 동일하거나 유사할 수 있고, 활물질 베이스층(AB12)의 전기전도도는 활물질 플레이트(AP12)의 전기전도도와 동일하거나 유사할 수 있다. When the plurality of active material plates AP12 include the active material-metal composite sintered body and the active material base layer AB12 also includes the active material-metal composite sintered body, the metal content of the active material-metal complex sintered body of the active material plate AP12 %) May be less than the metal content (vol%) of the active material-metal complex sintered body of the active material base layer (AB12). Therefore, the volume fraction of the metal in the active material plate AP12 may be smaller than the volume fraction of the metal in the active material base layer AB12. In other words, the volume fraction of the active material in the active material plate AP12 may be larger than the volume fraction of the active material in the active material base layer AB12. Such an active material plate AP12 may be advantageous for improving energy density while having excellent electric conduction characteristics. The electrical conduction characteristics can be improved by the metal contained in the active material plate AP12 and the active material volume fraction of the active material plate AP12 is relatively large, which can be advantageous for improving the energy density. Meanwhile, the electrical conductivity of the active material-metal composite sintered body of the active material base layer AB12 may be higher than the electrical conductivity of the active material-metal composite sintered body of the active material plate AP12. By using the active material base layer AB12, it is possible to secure an excellent electric conduction characteristic for the plurality of active material plates AP12, and the height of the plurality of active material plates AP12 can be easily increased. In this regard, it may be advantageous to improve the energy density and the rate characteristic. Further, since the thickness of the active material base layer AB12 can be increased, it can be advantageous in securing structural stability. Although the case where the metal content of the active material plate AP12 is smaller than the metal content of the active material base layer AB12 and the case where the electrical conductivity of the active material base layer AB12 is higher than the electrical conductivity of the active material plate AP12 has been described, This is illustrative and may vary. In some cases, the metal content of the active material plate AP12 may be equal to or similar to the metal content of the active material base layer AB12, and the electrical conductivity of the active material base layer AB12 may be the same as or similar to the electrical conductivity of the active material plate AP12 May be the same or similar.

한편, 내부지지층(NS12) 및 격벽(WL12)은 활물질 플레이트(AP12)와 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다. 따라서, 내부지지층(NS12) 및 격벽(WL12)은 활물질-금속 복합소결체를 포함할 수 있다. 내부지지층(NS12) 및 격벽(WL12)의 활물질-금속 복합소결체는 앞서 설명한 활물질 플레이트(AP12)의 활물질-금속 복합소결체와 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 내부지지층(NS12) 및 격벽(WL12)의 활물질-금속 복합소결체의 금속 함유량(vol%)은 활물질 베이스층(AB12)의 활물질-금속 복합소결체의 금속 함유량(vol%)보다 적을 수 있다. 또한, 활물질 베이스층(AB12)의 활물질-금속 복합소결체의 전기전도도는 내부지지층(NS12) 및 격벽(WL12)의 활물질-금속 복합소결체의 전기전도도보다 높을 수 있다. 내부지지층(NS12) 및 격벽(WL12)은 복수의 활물질 플레이트(AP12)를 지지하면서, 활물질 플레이트(AP12)와 유사하게 전지 반응(예컨대, 양극 반응)에 기여할 수 있다. Meanwhile, the inner support layer NS12 and the partition wall WL12 may be made of the same or similar material as the active material plate AP12. Accordingly, the inner supporting layer NS12 and the partition wall WL12 may include an active material-metal composite sintered body. The active material-metal composite sintered body of the inner support layer NS12 and the partition wall WL12 may be the same as or similar to the active material-metal composite sintered body of the above-described active material plate AP12. Therefore, the metal content (vol%) of the active material-metal complex sintered body of the inner support layer NS12 and the partition wall WL12 may be smaller than the metal content (vol%) of the active material-metal composite sintered body of the active material base layer AB12. The electrical conductivity of the active material-metal composite sintered body of the active material base layer AB12 may be higher than the electrical conductivity of the active material-metal composite sintered body of the inner support layer NS12 and the partition wall WL12. The inner support layer NS12 and the partition wall WL12 can contribute to a battery reaction (for example, an anodic reaction) similar to the active material plate AP12 while supporting a plurality of active material plates AP12.

참고로, 활물질 베이스층(AB12)은 기본적으로 활물질을 포함한다는 점에서 "활물질 베이스층"이라 명명되었지만, 이는 활물질 베이스층(AB12)이 활물질만으로 구성된다는 것을 의미하지는 않는다. 활물질 베이스층(AB12)은 활물질을 포함하면서 다른 물질(ex, 금속)을 더 포함할 수 있다. 이는 활물질 플레이트(AP12)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. For reference, the active material base layer AB12 is basically referred to as an "active material base layer" in that it contains an active material, but this does not mean that the active material base layer AB12 is composed solely of an active material. The active material base layer AB12 may further include another material (ex, metal) including an active material. The same can be applied to the active material plate AP12.

도 17은 활물질 소결체 및 활물질-금속 복합소결체의 구성 및 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 17의 좌측 도면은 활물질 소결체에 대한 것이고, 우측 도면은 활물질-금속 복합소결체에 대한 것이다. 17 is a view for explaining the constitution and characteristics of the sintered active material and the active material-metal composite sintered body. 17 is for the active material sintered body, and the right drawing is for the active material-metal composite sintered body.

도 17의 좌측 도면을 참조하면, 활물질 소결체는 복수의 활물질 그레인으로 구성될 수 있고, 이들 사이에 입계(grain boundary)가 존재한다. 각각의 활물질 그레인은 양극 조성의 세라믹 소결체일 수 있다. 입계(grain boundary)에서는 저항(Rgb)이 높기 때문에, 전기전도도가 낮을 수 있다. 활물질 그레인의 저항(Rg)보다 입계의 저항(Rgb)이 높을 수 있고, 이로 인해, 활물질 소결체 전체의 저항이 높아질 수 있다. 17, the active material sintered body may be composed of a plurality of active material grains, and a grain boundary exists therebetween. Each active material grain may be a ceramic sintered body having an anode composition. Since the resistance (R gb ) is high at the grain boundary, the electric conductivity may be low. The resistance (R gb ) of the grain boundary can be higher than the resistance (R g ) of the active material grain, whereby the resistance of the entire active material sintered body can be increased.

그러나, 도 17의 우측 도면과 같이, 활물질-금속 복합소결체를 형성하면, 금속에 의해 입계(grain boundary)의 저항(Rgb)이 낮아질 수 있고, 전기전도도는 높아질 수 있다. 결과적으로, 활물질-금속 복합소결체의 전기전도도는 활물질 소결체의 전기전도도보다 상당히 높을 수 있다. However, when the active material-metal composite sintered body is formed as shown in the right drawing of FIG. 17, the resistance (R gb ) of the grain boundary can be lowered by the metal, and the electric conductivity can be increased. As a result, the electrical conductivity of the active material-metal composite sintered body may be significantly higher than the electrical conductivity of the active material sintered body.

도 17의 우측 도면에서는 복수의 활물질 그레인의 입계 또는 그 부근에 복수의 금속 그레인이 형성되고, 복수의 금속 그레인이 비교적 원형(구형)의 입자 형태를 유지하고 있는 경우를 도시하였지만, 이는 예시적인 것이고, 활물질 그레인과 금속 그레인의 형태나 사이즈 등은 달라질 수 있다. 예컨대, 금속 그레인은 입자 형태에서 변형되어 활물질 그레인들 사이의 입계 영역을 상당 부분 채우도록 구비될 수 있다. 그 일례가 도 18에 도시되어 있다. 17 shows a case where a plurality of metal grains are formed at or near the grain boundaries of a plurality of active material grains, and a plurality of metal grains maintain a relatively circular (spherical) grain shape, this is an example , The shape and size of the active material grains and the metal grains may be changed. For example, the metal grains may be deformed in the form of particles to substantially fill the grain boundary region between the active grain grains. An example thereof is shown in Fig.

도 18은 다른 실시예에 따른 활물질-금속 복합소결체의 구성 및 특성을 설명하기 위한 도면이다. 18 is a view for explaining the configuration and characteristics of the active material-metal composite sintered body according to another embodiment.

도 18을 참조하면, 본 실시에에 따른 활물질-금속 복합소결체는 복수의 활물질 그레인과 복수의 금속 그레인을 포함할 수 있고, 금속 그레인이 활물질 그레인들 사이의 입계 영역을 상당 부분 채우도록 구비될 수 있다. 이 경우, 입계에서의 저항(Rgb)이 더욱 낮아질 수 있다. 따라서, 활물질-금속 복합소결체의 전기전도도는 더욱 높아질 수 있다. 금속의 종류, 활물질의 종류 및 소결 조건 등에 따라서, 활물질-금속 복합소결체의 미세 구조는 다양하게 변화될 수 있다. 18, the active material-metal composite sintered body according to the present embodiment may include a plurality of active material grains and a plurality of metal grains, and the metal grains may be provided so as to substantially fill the grain boundary region between the active material grains have. In this case, the resistance (R gb ) at the grain boundary can be further lowered. Therefore, the electrical conductivity of the active material-metal composite sintered body can be further increased. The microstructure of the active material-metal composite sintered body can be variously changed depending on the type of metal, the kind of active material, sintering conditions and the like.

이상에서 설명한 다양한 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 적용하여 우수한 성능을 갖는 이차전지를 구현할 수 있다. 이하에서는, 상기 3차원 전극구조체를 적용한 이차전지에 대해 설명한다. By applying the three-dimensional electrode structure according to various embodiments described above, a secondary battery having excellent performance can be realized. Hereinafter, a secondary battery to which the three-dimensional electrode structure is applied will be described.

도 19는 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 19 is a view for explaining a method for manufacturing a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to an embodiment.

도 19를 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체(ES1)에 전해질층, 제2 활물질 및 제2 집전체층을 순차로 형성함으로써, 이차전지를 제조할 수 있다. 상기 3차원 전극구조체(ES1)는 도 1 및 도 6 내지 도 18을 참조하여 설명한 전극구조체에 대응되거나 이로부터 변형된 다양한 구조를 가질 수 있다. Referring to FIG. 19, a secondary battery can be manufactured by sequentially forming an electrolyte layer, a second active material, and a second current collector layer on the three-dimensional electrode structure ES1 according to one embodiment. The three-dimensional electrode structure ES1 may have various structures corresponding to or modified from the electrode structures described with reference to Figs. 1 and 6 to 18.

도 20은 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지를 보여주는 단면도이다. 20 is a cross-sectional view illustrating a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to an embodiment.

도 20을 참조하면, 제1 전극구조체(E100)가 마련될 수 있고, 제1 전극구조체(E100)와 이격된 제2 전극구조체(E200)가 구비될 수 있다. 제1 전극구조체(E100)와 제2 전극구조체(E200) 사이에 전해질층(E150)이 구비될 수 있다. Referring to FIG. 20, a first electrode structure E100 may be provided, and a second electrode structure E200 may be provided which is spaced apart from the first electrode structure E100. An electrolyte layer E150 may be provided between the first electrode structure E100 and the second electrode structure E200.

제1 전극구조체(E100)는 도 1 및 도 6 내지 도 18을 참조하여 설명한 3차원 전극구조체에 대응될 수 있다. 예컨대, 제1 전극구조체(E100)는 제1 집전체층(CL10), 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10), 복수의 내부지지층(미도시) 등을 포함할 수 있다. 각각의 제1 활물질 플레이트(AP10) 내에 제1 내부집전층(Cp10)이 구비될 수 있다. 제1 집전체층(CL10), 제1 활물질 플레이트(AP10) 및 제1 내부집전층(Cp10)은 각각 도 1의 집전체층(CL10), 활물질 플레이트(AP10) 및 내부집전층(Cp10)에 대응될 수 있다. 제1 전극구조체(E100)는 양극구조체일 수 있다. 이 경우, 제1 집전체층(CL10) 및 제1 활물질 플레이트(AP10)는 각각 양극 집전체층 및 양극 활물질 플레이트일 수 있다. The first electrode structure E100 may correspond to the three-dimensional electrode structure described with reference to Figs. 1 and 6 to 18. For example, the first electrode structure E100 may include a first current collector layer CL10, a plurality of first active material plates AP10, and a plurality of internal support layers (not shown). A first internal conductive layer Cp10 may be provided in each of the first active material plates AP10. The first current collector layer CL10, the first active material plate AP10 and the first internal current collector layer Cp10 are formed on the current collector layer CL10, the active material plate AP10 and the internal current collector layer Cp10 . The first electrode structure E100 may be an anode structure. In this case, the first current collector layer CL10 and the first active material plate AP10 may be a cathode current collector layer and a cathode active material plate, respectively.

제1 집전체층(CL10) 상에 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10)를 덮는 전해질층(E150)이 구비될 수 있다. 전해질층(E150)은 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10)의 형태를 따라서 구불구불한 형태를 가질 수 있다. 전해질층(E150)은 고체 전해질을 포함할 수 있다. 예컨대, 전해질층(E150)은 Li3PO4, Li3PO4 - xNx, LiBO2 -xNx, Li3PO4Nx, LiBO2Nx, Li4SiO4-Li3PO4, Li4SiO4-Li3VO4 등과 같은 고체 전해질을 포함할 수 있다. 또한, 전해질층(E150)은 고분자(폴리머) 전해질을 포함할 수 있다. 그 밖에도 전해질층(E150)의 물질 및 형태는 다양하게 변화될 수 있다. An electrolyte layer E150 covering a plurality of first active material plates AP10 may be provided on the first current collector layer CL10. The electrolyte layer E150 may have a serpentine shape along the shape of the plurality of first active material plates AP10. The electrolyte layer E150 may comprise a solid electrolyte. For example, the electrolyte layer (E150) is Li 3 PO 4, Li 3 PO 4 - x N x, LiBO 2 -x N x, Li 3 PO 4 N x, LiBO 2 N x, Li 4 SiO 4 -Li 3 PO 4 , Li 4 SiO 4 -Li 3 VO 4, and the like. Further, the electrolyte layer E150 may include a polymer (polymer) electrolyte. In addition, the material and shape of the electrolyte layer (E150) can be variously changed.

제2 전극구조체(E200)는 제2 집전체층(CL20)을 포함할 수 있다. 제2 집전체층(CL20)은 제1 집전체층(CL10)에 대향하여 배치될 수 있다. 제2 전극구조체(E200)는 제2 집전체층(CL20)에 전기적으로 연결된 제2 활물질 부재(AP20)를 포함할 수 있다. 제2 활물질 부재(AP20)는 제2 집전체층(CL20)에 전기적으로 접촉하면서 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10) 사이로 연장된 구조를 가질 수 있다. 제2 활물질 부재(AP20)에서 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10) 사이로 연장된 부분은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제2 활물질 부재(AP20)에서 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10) 사이로 연장된 부분은 "복수의 제2 활물질 플레이트"라고 할 수 있다. 이 경우, 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10)와 상기 복수의 제2 활물질 플레이트는 교대로 배치된다고 할 수 있다. 제1 활물질 플레이트(AP10)와 제2 활물질 부재(AP20) 사이에 전해질층(E150)이 구비될 수 있다. 제2 전극구조체(E200)는 음극구조체일 수 있다. 이 경우, 제2 집전체층(CL20)은 음극 집전체층일 수 있고, 제2 활물질 부재(AP20)는 음극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질은, 예컨대, Li 금속을 포함하거나, 탄소계 물질, 실리콘계 물질 또는 산화물을 포함할 수도 있다. 상기 음극 집전체층은, 예컨대, Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, In, Pd 등으로 구성된 도전성 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 상기 음극 활물질 및 음극 집전체층의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 달라질 수 있다. 또한, 도 20에서 제1 활물질 플레이트(AP10)를 4개만 도시하였지만, 이는 예시적인 것이고, 제1 활물질 플레이트(AP10)의 개수는 달라질 수 있다. The second electrode structure E200 may include a second collector layer CL20. The second current collector layer CL20 may be disposed opposite to the first current collector layer CL10. The second electrode structure E200 may include a second active material member AP20 electrically connected to the second current collector layer CL20. The second active material member AP20 may have a structure extending between the plurality of first active material plates AP10 while electrically contacting the second current collector layer CL20. The portion extending between the plurality of first active material plates AP10 in the second active material member AP20 may have a plate shape. Therefore, the portion extending between the plurality of first active material plates AP10 in the second active material member AP20 may be referred to as a "plurality of second active material plates ". In this case, the plurality of first active material plates AP10 and the plurality of second active material plates may be alternately arranged. An electrolyte layer E150 may be provided between the first active material plate AP10 and the second active material member AP20. The second electrode structure E200 may be a negative electrode structure. In this case, the second current collector layer CL20 may be a negative electrode collector layer, and the second active material member AP20 may include a negative electrode active material. The negative electrode active material may include, for example, Li metal, or may include a carbon-based material, a silicon-based material, or an oxide. The negative electrode collector layer may include at least one of a conductive material composed of Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, In and Pd. However, the specific materials of the negative electrode active material layer and the negative electrode collector layer are illustrative and may vary. Although only four first active material plates AP10 are shown in FIG. 20, this is only an example, and the number of the first active material plates AP10 may vary.

도 20을 참조하여 설명한 이차전지 구조는 하나의 전지셀(또는, 단위셀)이라고 할 수 있고, 상기 전지셀 복수 개를 적층하여 적층형 이차전지를 구성할 수 있다. 그 일례가 도 21에 도시되어 있다. The secondary battery structure described with reference to Fig. 20 is one battery cell (or a unit cell), and a stacked secondary battery can be constructed by stacking a plurality of the battery cells. An example thereof is shown in Fig.

도 21은 다른 실시예에 따른 것으로, 3차원 전극구조체를 포함하는 적층형 이차전지를 보여주는 단면도이다. FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a stacked type secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to another embodiment.

도 21을 참조하면, 도 20을 참조하여 설명한 전지셀과 등가한 복수의 전지셀(C1, C2, C3)이 적층되어 적층형 이차전지를 구성할 수 있다. 여기서는, 복수의 전지셀(C1, C2, C3)이 제1 전지셀(C1), 제2 전지셀(C2), 제3 전지셀(C3)을 포함하는 경우를 도시하였지만, 전지셀의 개수는 달라질 수 있다. 제1 전지셀(C1)은 도 20의 구조와 동일한 구조를 가질 수 있다. 제2 전지셀(C2)은 도 20의 구조와 동일한 구조를 갖되 상하가 뒤집힌 역구조를 가질 수 있다. 제3 전지셀(C3)은 도 20의 구조와 동일한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 복수의 전지셀(C1, C2, C3)은 동일한 극성의 집전체들이 서로 접촉하도록(마주하도록) 적층되었다고 할 수 있다. 다시 말해, 제1 전지셀(C1)의 양극 집전체층을 제1 양극 집전체층(CL10-1)이라 하고 음극 집전체층을 제1 음극 집전체층(CL20-1)이라 하며, 제2 전지셀(C2)의 양극 집전체층을 제2 양극 집전체층(CL10-2)이라 하고 음극 집전체층을 제2 음극 집전체층(CL20-2)이라 하면, 제1 음극 집전체층(CL20-1)과 제2 음극 집전체층(CL20-2)이 서로 접촉하도록(마주하도록) 배치될 수 있다. 또한, 제2 전지셀(C3)의 양극 집전체층을 제3 양극 집전체층(CL10-3)이라 하고 음극 집전체층을 제3 음극 집전체층(CL20-3)이라 하면, 제2 양극 집전체층(CL10-2)과 제3 양극 집전체층(CL10-3)이 서로 접촉하도록(마주하도록) 배치될 수 있다. 따라서, 홀수 번째 전지셀(C1, C3)과 짝수 번째 전지셀(C2)은 서로에 대해 역구조를 가질 수 있다. 양극 집전체층들(CL10-1, CL10-2, CL10-3)은 전기적으로 서로 연결될 수 있고, 음극 집전체층들(CL20-1, CL20-2, CL20-3)은 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 또한, 서로 접촉된 두 개의 집전체층(ex, CL20-1, CL20-2)은 일체화된 하나의 층으로 구성될 수도 있다. 이와 같이, 복수의 전지셀(C1, C2, C3)을 적층하여 적층형 이차전지를 구성할 경우, 단위 면적당 전지 용량을 크게 증가시킬 수 있다. Referring to FIG. 21, a plurality of battery cells (C1, C2, C3) equivalent to the battery cells described with reference to FIG. 20 are stacked to form a stacked secondary battery. Here, the case where the plurality of battery cells C1, C2, and C3 includes the first battery cell C1, the second battery cell C2, and the third battery cell C3 is shown, It can be different. The first battery cell C1 may have the same structure as the structure of FIG. The second battery cell C2 has the same structure as that of FIG. 20, but may have a reversed structure upside down. The third battery cell C3 may have the same structure as that of FIG. Therefore, it can be said that the plurality of battery cells (C1, C2, C3) are stacked so that current collectors of the same polarity come into contact with each other (face each other). In other words, the positive collector layer of the first battery cell C1 is referred to as a first positive electrode collector layer CL10-1, the negative collector layer is referred to as a first negative collector layer CL20-1, When the positive electrode collector layer of the battery cell C2 is referred to as a second positive electrode collector layer CL10-2 and the negative electrode collector layer is referred to as a second negative collector layer CL20-2, CL20-1) and the second negative electrode collector layer (CL20-2) are brought into contact with each other (facing each other). When the positive electrode collector layer of the second battery cell C3 is referred to as a third positive electrode collector layer CL10-3 and the negative electrode collector layer is referred to as a third negative electrode collector layer CL20-3, The collector layer CL10-2 and the third anode collector layer CL10-3 may be arranged so as to face each other. Therefore, the odd-numbered battery cells C1 and C3 and the even-numbered battery cells C2 may have an inverse structure with respect to each other. The anode current collector layers CL10-1, CL10-2 and CL10-3 can be electrically connected to each other and the cathode current collector layers CL20-1, CL20-2 and CL20-3 can be electrically connected to each other. have. Further, the two current collector layers ex, CL20-1 and CL20-2, which are in contact with each other, may be composed of one integrated layer. In this manner, when a stacked secondary battery is constructed by stacking a plurality of battery cells (C1, C2, C3), the battery capacity per unit area can be greatly increased.

도 21에서는 복수의 전지셀의 방향(상하 방향)을 바꿔가면서 적층하는 경우를 도시하고 설명하였지만, 다른 실시예에 따르면, 복수의 전지셀의 방향(상하 방향)을 바꾸지 않고 적층할 수도 있다. 다시 말해, 도 20의 전지셀과 구조 및 방향이 등가한 복수의 전지셀을 일방향으로 적층할 수 있다. 이 경우, 인접한 두 개의 전지셀 사이에, 서로 다른 극성의 집전체층들이 접촉되지 않도록, 절연층을 구비시킬 수 있다. 21 shows a case where stacking is performed while changing the direction (vertical direction) of a plurality of battery cells. However, according to another embodiment, stacking can be performed without changing the direction (vertical direction) of the plurality of battery cells. In other words, a plurality of battery cells having the same structure and direction as those of the battery cell of Fig. 20 can be stacked in one direction. In this case, an insulating layer may be provided between the adjacent two battery cells so that the collector layers having different polarities are not in contact with each other.

도 20 및 도 21의 구조에서 제1 전극구조체(E100)는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 3차원 전극구조체의 구성을 갖는 것으로 도시하고 설명하였지만, 제1 전극구조체(E100)는 도 6 내지 도 18을 참조하여 설명한 바와 같은 다양한 구성을 가질 수 있다. 또한, 도 20 및 도 21에서 도시하고 설명한 제2 전극구조체(E200)의 구체적인 구조는 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변형될 수 있다. 제2 전극구조체(E200)의 변형 구조에 대해서는 도 22 및 도 23을 참조하여 예시적으로 설명한다. Although the first electrode structure E100 in the structure of FIGS. 20 and 21 is shown and described as having the structure of the three-dimensional electrode structure as described with reference to FIG. 1, 18 as described with reference to FIG. Further, the specific structure of the second electrode structure E200 shown and described in Figs. 20 and 21 is an exemplary one, which can be variously modified. The deformation structure of the second electrode structure E200 will be described by way of example with reference to Figs. 22 and 23. Fig.

도 22의 제2 전극구조체(E210)는 제2 집전체층(CL20) 및 이에 전기적으로 연결된 제2 활물질 부재(AP21)를 포함할 수 있다. 제2 활물질 부재(AP21)는 제2 집전체층(CL20)에 접촉되어 평판 형태를 갖는 부분과 이로부터 연장되어 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10) 사이의 공간을 채우는 플레이트 형태를 갖는 부분들로 구성될 수 있다. 도 20의 구조에서는 제2 활물질 부재(AP20)가 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10) 사이의 공간을 완전히 채우지 않고 부분적으로 채우고 있다면, 도 22의 구조에서는 제2 활물질 부재(AP21)가 복수의 제1 활물질 플레이트(AP10) 사이의 공간을 완전히(혹은, 대부분) 채운다고 할 수 있다. The second electrode structure E210 of FIG. 22 may include a second collector layer CL20 and a second active material member AP21 electrically connected to the second collector layer CL20. The second active material member AP21 is in contact with the second current collector layer CL20 and has a plate shape and a plate shape extending from the plate shape to fill a space between the plurality of first active material plates AP10 Lt; / RTI &gt; In the structure of FIG. 20, if the second active material member AP20 partially fills the space between the plurality of first active material plates AP10, the second active material member AP21 may be filled with a plurality of (Or most of) the space between the two active material plates (AP10).

도 23의 제2 전극구조체(E220)는 제2 집전체층(CL20) 및 이에 전기적으로 연결된 복수의 제2 활물질 플레이트(AP22)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 활물질 플레이트(AP22)는 "음극 활물질 플레이트"일 수 있다. 각각의 제2 활물질 플레이트(AP22)는 그 내부에 제2 내부집전층(Cp22)을 더 포함할 수 있다. 제2 내부집전층(Cp22)은 제2 집전체층(CL20)에 전기적으로 접촉될 수 있다. 제2 내부집전층(Cp22)은 금속과 같은 도전체로 형성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 경우에 따라서는, 제2 집전체층(CL20)과 복수의 제2 활물질 플레이트(AP22) 사이에 소정의 제2 베이스층이 더 구비될 수도 있다. 상기 제2 베이스층은 제2 활물질, 예컨대, 음극 활물질을 포함할 수 있고, 그 밖에 다른 물질을 더 포함할 수도 있다. The second electrode structure E220 of FIG. 23 may include a second current collector layer CL20 and a plurality of second active material plates AP22 electrically connected to the second current collector layer CL20. The plurality of second active material plates AP22 may be "negative active material plates ". Each of the second active material plates AP22 may further include a second internal current-collecting layer Cp22 therein. And the second internal current-collecting layer Cp22 may be in electrical contact with the second current-collector layer CL20. The second internal current-collecting layer Cp22 may be formed of a conductor such as a metal. Although not shown, depending on the case, a predetermined second base layer may be further provided between the second current collector layer CL20 and the plurality of second active material plates AP22. The second base layer may include a second active material, for example, an anode active material, and may further include another material.

도 22 및 도 23에서 제2 전극구조체(E210, E220)의 구성을 제외한 나머지 구성은 도 20을 참조하여 설명한 바와 동일하거나 유사할 수 있다. 22 and 23, the remaining structure except for the configuration of the second electrode structures E210 and E220 may be the same as or similar to those described with reference to Fig.

경우에 따라서는, 도 20 및 도 22에서 제2 활물질 부재(AP20, AP21)와 제2 집전체층(CL20)을 일체형의 하나의 요소로 형성할 수 있다. 다시 말해, 제2 활물질 부재(AP20, AP21)의 일부를 집전체로 사용할 수 있고, 이 경우, 별도의 제2 집전체층(CL20)을 형성하지 않을 수 있다. In some cases, the second active material members AP20 and AP21 and the second current collector layer CL20 may be formed as one integral element in FIGS. 20 and 22. FIG. In other words, a part of the second active material members AP20 and AP21 may be used as a current collector, and in this case, a separate second current collector layer CL20 may not be formed.

도 24는 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지의 동작시 전극구조체에 발생할 수 있는 스트레스의 영향을 설명하기 위한 평면도이다. 24 is a plan view for explaining the influence of stress that may occur in an electrode structure during operation of a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to an embodiment.

도 24를 참조하면, 좌측 도면은 충전 초기의 상태를 보여주고, 우측 도면은 충전 말기의 상태를 보여준다. 좌측 도면을 참조하면, 복수의 제1 활물질 플레이트(AP13)가 구비될 수 있고, 이들 사이에 복수의 내부지지층(NS13)이 구비될 수 있다. 또한, 전해질층(E13) 및 제2 활물질 부재(AP23)가 구비될 수 있다. 제1 활물질 플레이트(AP13)와 제2 활물질 부재(AP23) 사이에 전해질층(E13)이 구비될 수 있다. 복수의 내부지지층(NS13)은 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이 배열될 수 있다. 충전 말기가 되면, 우측 도면에 도시된 바와 같이, 제2 활물질 부재(AP23)의 부피가 증가할 수 있고, 이로 인해 스트레스가 발생할 수 있다. 우측 도면에서, 점선 원으로 표시한 부분이 스트레스 발생 영역을 나타낸다. 실시예에 따른 구조에서는, 스트레스 발생 영역이 Y축 방향으로 이격되게 배치되고, X축 방향으로 연속해서 배치되지 않기 때문에, 스트레스 완화 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 스트레스로 인한 반응 불균일 및 수명 감소 등의 문제를 억제 또는 방지할 수 있다. Referring to FIG. 24, the left drawing shows the initial state of charging, and the right side shows the state of charging end. Referring to the left drawing, a plurality of first active material plates AP13 may be provided, and a plurality of inner support layers NS13 may be provided therebetween. Further, an electrolyte layer E13 and a second active material member AP23 may be provided. An electrolyte layer E13 may be provided between the first active material plate AP13 and the second active material member AP23. A plurality of inner support layers NS13 may be arranged as described with reference to Figs. 7 and 8. Fig. At the end of charging, as shown in the right drawing, the volume of the second active material member AP23 may increase, which may cause stress. In the right drawing, a portion indicated by a dotted circle indicates a stress occurrence region. In the structure according to the embodiment, the stress-generating regions are arranged so as to be spaced apart from each other in the Y-axis direction, and are not continuously arranged in the X-axis direction. Therefore, it is possible to suppress or prevent problems such as non-uniformity of reaction due to stress and reduction in life span.

도 25는 비교예에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지의 동작시 전극구조체에 발생할 수 있는 스트레스의 영향을 설명하기 위한 평면도이다. 25 is a plan view for explaining the influence of stress that may occur in an electrode structure during operation of a secondary battery including a three-dimensional electrode structure according to a comparative example.

도 25를 참조하면, 좌측 도면은 충전 초기의 상태를 보여주고, 우측 도면은 충전 말기의 상태를 보여준다. 복수의 제1 활물질 플레이트(AP14), 복수의 내부지지층(NS14), 전해질층(E14) 및 제2 활물질 부재(AP24)가 구비된다. 복수의 내부지지층(NS14)은, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 바와 달리, X축 방향으로 오버랩되도록 배치되어 있다. 충전 말기가 되면, 우측 도면에 도시된 바와 같이, 제2 활물질 부재(AP24)의 부피가 증가함에 따라, 스트레스가 발생할 수 있다. 점선 원으로 표시한 스트레스 발생 영역들이 X축 방향으로 인접해서 배치되기 때문에, 스트레스가 완화되지 못하고, 스트레스로 인한 문제들이 발생할 수 있다. 구조적 결함(크랙 등), 반응 불균일 및 수명 감소 등의 문제가 발생할 가능성이 있다. Referring to FIG. 25, the left drawing shows the initial state of charging, and the right side shows the state of charging end. A plurality of first active material plates AP14, a plurality of inner support layers NS14, an electrolyte layer E14 and a second active material member AP24 are provided. The plurality of inner support layers NS14 are arranged so as to overlap in the X-axis direction, unlike those described with reference to Figs. At the end of charging, as the volume of the second active material member AP24 increases as shown in the right drawing, stress may occur. Since the stress-generating regions indicated by dotted circles are disposed adjacent to each other in the X-axis direction, the stress can not be mitigated and stress-related problems may occur. Problems such as structural defects (cracks and the like), non-uniformity of reaction and reduction in the life span may occur.

도 26a 내지 도 26m은 일 실시예에 따른 3차원 전극구조체의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. FIGS. 26A to 26M are views for explaining a method of manufacturing a three-dimensional electrode structure according to an embodiment.

도 26a를 참조하면, 활물질 슬러리(active material slurry)(10)를 제조한 후, 활물질 슬러리(10)로부터 활물질 시트(active material sheet)(100)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 테이프-캐스팅(tape-casting) 법을 이용해서, 활물질 슬러리(10)로부터 활물질 시트(100)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 26A, an active material sheet 100 may be formed from an active material slurry 10 after manufacturing an active material slurry 10. For example, the active material sheet 100 can be formed from the active material slurry 10 by using a tape-casting method.

활물질 슬러리(10)는, 예컨대, 활물질 재료(분말), 바인더(binder), 분산제(dispersing agent), 가소제(plasticizer) 등을 용매(solvent)와 혼합하여 제조할 수 있다. 이때, 볼밀(ball mill)과 같은 분쇄기 또는 혼합장치를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 활물질 재료는 양극 활물질일 수 있고, 상기 양극 활물질은 Li-함유 산화물을 포함할 수 있다. 상기 Li-함유 산화물은 Li과 전이금속을 포함하는 산화물일 수 있다. 상기 Li-함유 산화물은, 예를 들어, LiMO2 (M = metal)일 수 있고, 여기서, M은 Co, Ni, Mn 중 어느 하나이거나 둘 이상의 조합일 수 있다. 구체적인 일례로, 상기 LiMO2는 LiCoO2일 수 있다. 그러나, 여기서 제시한 양극 활물질의 구체적인 재료는 예시적인 것이고, 다른 양극 활물질이 사용될 수 있다. The active material slurry 10 can be produced by mixing an active material (powder), a binder, a dispersing agent, a plasticizer or the like with a solvent. At this time, a pulverizer such as a ball mill or a mixing apparatus can be used. Here, the active material may be a cathode active material, and the cathode active material may include a Li-containing oxide. The Li-containing oxide may be an oxide including Li and a transition metal. The Li-containing oxide may be, for example, LiMO 2 (M = metal), where M may be any one of Co, Ni, Mn, or a combination of two or more. As a specific example, the LiMO 2 may be LiCoO 2 . However, the specific material of the cathode active material presented here is exemplary and other cathode active materials can be used.

활물질 슬러리(10)를 테이프-캐스팅(tape-casting) 장치와 같은 성형 장치를 이용해서 시트 형태로 가공할 수 있다. 이 경우, 닥터 블레이드(doctor blade) 등을 이용해서 활물질 슬러리(10)를 이송 벨트(moving belt)(MB1) 위에 균일한 두께로 도포할 수 있고, 이송 벨트(MB1)에 도포된 활물질 슬러리(10)를 건조함으로써(즉, 용매를 증발시킴으로써) 활물질 시트(100)를 형성할 수 있다. The active material slurry 10 can be processed into a sheet form using a molding apparatus such as a tape-casting apparatus. In this case, the active material slurry 10 can be coated on the moving belt MB1 with a uniform thickness by using a doctor blade or the like, and the active material slurry 10 coated on the conveyance belt MB1 ) (That is, by evaporating the solvent), the active material sheet 100 can be formed.

도 26b는 도 26a의 방법으로 형성된 활물질 시트(100)를 보여준다. 활물질 시트(100)는, 예컨대, 약 1∼100㎛ 정도의 두께를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 않는다. FIG. 26B shows the active material sheet 100 formed by the method of FIG. 26A. The active material sheet 100 may have a thickness of, for example, about 1 to 100 mu m, but is not limited thereto.

도 26c를 참조하면, 활물질 시트(100)의 일면에 내부집전체 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry)를 도포 또는 인쇄하여 내부집전체층(105)을 형성할 수 있다. 내부집전체층(105)은 스퍼터링(sputtering)이나 증발(evaporation) 법과 같은 물리 기상 증착(physical vapor deposition)(PVD) 방법으로 증착할 수도 있다. 그 다음, 내부집전체층(105) 상에 별도의 활물질 시트(100)를 적층할 수 있다. 두 개의 활성층 시트(100)와 이들 사이에 구비된 내부집전체층(105)이 하나의 단위 구조물(110)을 형성한다고 할 수 있다. Referring to FIG. 26C, the internal current collector layer 105 may be formed by applying or printing an internal current collector paste or a slurry on one surface of the active material sheet 100. The current collector layer 105 may be deposited by a physical vapor deposition (PVD) method such as sputtering or evaporation. Then, another active material sheet 100 may be laminated on the internal current collector layer 105. It can be said that the two active layer sheets 100 and the inner current collector layer 105 provided therebetween form one unit structure 110.

도 26a 및 도 26b를 참조하여 설명한 방법과 유사한 방법을 이용해서, 희생층 슬러리(sacrificial layer slurry)로부터, 도 26d에 도시된 바와 같은, 희생층 시트(120)를 형성할 수 있다. 상기 희생층 슬러리는 희생층 물질, 바인더, 분산제, 가소제 등을 용매와 혼합하여 제조할 수 있다. 여기서, 상기 희생층 물질로는, 예컨대, 그래파이트(graphite)와 같은 탄소계 물질을 사용할 수 있다. 또는, 상기 희생층 물질로 Li-함유 산화물(oxide), Li-함유 탄산염(carbonate) 또는 Li-함유 염화물(chloride)을 사용할 수도 있다. 상기 Li-함유 산화물은, 예컨대, Li2CoSiO4 등을 포함할 수 있고, 상기 Li-함유 탄산염은, 예컨대, Li2CO3 등을 포함할 수 있고, 상기 Li-함유 염화물은, 예컨대, LiCl 등을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 희생층 물질은 전술한 바에 한정되지 않고, 그 밖에 다양한 물질이 사용될 수 있다. A sacrificial layer sheet 120, such as that shown in Figure 26D, may be formed from a sacrificial layer slurry using a method similar to that described with reference to Figures 26A and 26B. The sacrificial layer slurry may be prepared by mixing a sacrificial layer material, a binder, a dispersant, a plasticizer, and the like with a solvent. Here, as the sacrificial layer material, for example, a carbon-based material such as graphite may be used. Alternatively, Li-containing oxide, Li-containing carbonate, or Li-containing chloride may be used as the sacrificial layer material. The Li-containing oxide may include, for example, Li 2 CoSiO 4 , and the Li-containing carbonate may include, for example, Li 2 CO 3 and the Li-containing chloride may be LiCl And the like. However, the sacrificial layer material is not limited to the above, and various other materials may be used.

도 26d의 희생층 시트(120)는, 예컨대, 약 1∼100㎛ 정도의 두께를 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 희생층 시트(120)의 일면에 캐리어 필름(carrier film)(FL1)이 구비되어 있을 수 있다. 캐리어 필름(FL1)은 도 26a의 테이프-캐스팅(tape-casting) 공정에서 희생층 시트(120)의 일면에 부착된 것일 수 있다. The sacrificial layer sheet 120 of Fig. 26D may have a thickness of, for example, about 1 to 100 mu m, but is not limited thereto. Further, a carrier film (FL1) may be provided on one side of the sacrificial layer sheet (120). The carrier film FL1 may be attached to one side of the sacrificial layer sheet 120 in the tape-casting process of Fig. 26A.

도 26e를 참조하면, 소정의 방법을 이용해서 희생층 시트(120)에 적어도 하나의 비아홀(via hole)(H1)을 형성할 수 있다. 예컨대, 레이저(LS1)를 이용한 드릴링 공정, 즉, 레이저 드릴링(laser drilling) 공정을 사용해서 캐리어 필름(FL1) 및 그 아래의 희생층 시트(120)에 적어도 하나의 비아홀(H1)을 형성할 수 있다. 비아홀(H1)은 라인 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 비아홀(H1)은 약 5∼100㎛ 또는 5∼50㎛ 정도의 폭을 갖는 라인 형태의 홀일 수 있다. 비아홀(H1)은 희생층 시트(120)의 양단부(H1의 길이 방향으로의 120의 양단부)를 제외한 나머지 영역에 형성될 수 있다. Referring to FIG. 26E, at least one via hole H1 may be formed in the sacrificial layer sheet 120 using a predetermined method. For example, at least one via hole H1 may be formed in the carrier film FL1 and the sacrificial layer sheet 120 below the carrier film FL1 by using a laser drilling process using the laser LS1, that is, a laser drilling process have. The via hole H1 may have a line shape. For example, the via hole H1 may be a line-shaped hole having a width of about 5 to 100 mu m or about 5 to 50 mu m. The via hole H1 may be formed in regions other than both ends of the sacrificial layer sheet 120 (both ends of the H1 in the longitudinal direction 120).

그런 다음, 비아홀(H1) 내에 내부층 물질(도 26f의 130)을 충진(filling)한 후, 캐리어 필름(FL1)을 제거할 수 있다. 그 결과물이 도 26f에 도시되어 있다. Then, after filling the inner layer material (130 in FIG. 26F) in the via hole H1, the carrier film FL1 can be removed. The result is shown in Fig. 26f.

도 26f를 참조하면, 희생층 시트(120)의 비아홀(H1) 내에 내부층 물질(130)이 충진될 수 있다. 예컨대, 내부층 물질(130)은 도 26b의 활물질 시트(100)의 활물질과 동일한 조성 혹은 다른 조성의 활물질을 포함할 수 있다. 내부층 물질(130)은 활물질을 포함하는 고점도의 페이스트(paste)일 수 있다. 상기 페이스트의 점도는 약 5000 cps 이상 또는 약 10000 cps 이상일 수 있다. 상기 페이스트는, 예컨대, LiMO2 (M = metal)를 포함할 수 있고, 여기서, M은 Co, Ni, Mn 중 어느 하나이거나 둘 이상의 조합일 수 있다. 상기 페이스트가 고점도를 갖기 때문에, 이를 이용해서 비아홀(H1)을 용이하게 충진할 수 있다. 여기서는, 희생층 시트(120)가 두 줄의 내부층 물질(130)을 포함하는 경우를 도시하였지만, 내부층 물질(130)의 형성 개수(즉, 비아홀 개수에 대응) 및 형성 위치는 다양하게 변화될 수 있다. Referring to FIG. 26F, the inner layer material 130 may be filled in the via hole H 1 of the sacrificial layer sheet 120. For example, the inner layer material 130 may include an active material having the same composition or composition as the active material of the active material sheet 100 of FIG. 26B. The inner layer material 130 may be a high viscosity paste containing the active material. The viscosity of the paste may be greater than about 5000 cps or greater than about 10000 cps. The paste may comprise, for example, LiMO 2 (M = metal), where M may be any one of Co, Ni, Mn or a combination of two or more. Since the paste has a high viscosity, the via hole H1 can be easily filled using the paste. Although the sacrificial layer sheet 120 is shown here to include two rows of inner layer materials 130, the number of formed inner layer materials 130 (i.e., corresponding to the number of via holes) .

도 26g를 참조하면, 도 26c의 단위 구조물(110)과 도 26f의 내부층 물질(130)이 형성된 희생층 시트(120)를 교대로 반복 적층할 수 있다. 단위 구조물(110)은 두 개의 활성층 시트(100)와 이들 사이에 구비된 내부집전체층(105)을 포함할 수 있다. 복수의 단위 구조물(110)이 희생층 시트(120)를 사이에 두고 적층될 수 있다. 적층 방향으로 첫번째 희생층 시트(120-1)에 포함된 내부층 물질(130)의 형성 위치 및/또는 형성 개수는 두번째 희생층 시트(120-2)에 포함된 내부층 물질(130)의 형성 위치 및/또는 형성 개수와 다를 수 있다. 복수의 희생층 시트(120)에 포함된 내부층 물질(130)의 형성 위치 및 형성 개수는 적절히 제어될 수 있다. Referring to FIG. 26G, the unit structure 110 shown in FIG. 26C and the sacrificial layer sheet 120 having the inner layer material 130 shown in FIG. 26F can be alternately repeatedly laminated. The unit structure 110 may include two active layer sheets 100 and an internal current collector layer 105 provided therebetween. A plurality of unit structures 110 may be stacked with the sacrificial layer sheet 120 interposed therebetween. The position and / or number of formation of the inner layer material 130 included in the first sacrificial layer sheet 120-1 in the stacking direction is greater than that of the inner layer material 130 included in the second sacrificial layer sheet 120-2 Position and / or formation number. The position and number of formation of the inner layer material 130 included in the plurality of sacrificial layer sheets 120 can be appropriately controlled.

도 26h는 도 26g의 적층 공정을 통해 형성된 적층구조물(1100)을 보여준다. 적층구조물(1100)을 소정의 온도에서 소정의 압력으로 가압할 수 있다. 예컨대, 활물질 시트(100)에 포함된 바인더 물질의 유리전이온도(Tg)(glass transition temperature) 부근에서 가압 공정을 수행할 수 있다. 구체적인 예로, 상기 가압 공정은 약 80∼100℃ 정도의 온도에서 약 3000∼10000 psi 정도의 압력으로 수행할 수 있다. 상기 가압 공정은, 예컨대, WIP(warm isostatic pressing) 공정을 포함할 수 있다. FIG. 26H shows the laminated structure 1100 formed through the lamination process of FIG. 26G. The laminated structure 1100 can be pressurized to a predetermined pressure at a predetermined temperature. For example, the pressing process can be performed in the vicinity of the glass transition temperature (Tg) of the binder material contained in the active material sheet 100. As a specific example, the pressing process may be performed at a temperature of about 80 to 100 DEG C at a pressure of about 3000 to 10000 psi. The pressurizing process may include, for example, a WIP (warm isostatic pressing) process.

다음, 적층구조물(1100)의 양단부 일부를 제거함으로써, 내부층 물질(130)을 노출시킬 수 있다. 즉, 내부층 물질(130)이 연장된 방향(라인 방향)과 평행한 방향으로 적층구조물(1100)의 양단부를 제거하여, 내부층 물질(130)을 단부를 적층구조물(1100)의 측면으로 노출시킬 수 있다. Next, the inner layer material 130 may be exposed by removing a portion of both ends of the laminated structure 1100. [ That is, both ends of the laminated structure 1100 are removed in a direction parallel to the extended direction (line direction) of the inner layer material 130, and the ends of the inner layer material 130 are exposed to the side of the laminated structure 1100 .

도 26i를 참조하면, 적층구조물(1100)의 양쪽 측면에 격벽층(210)을 부착할 수 있다. 격벽층(210)은 격벽 시트(200)를 포함할 수 있다. 격벽 시트(200)는 격벽 슬러리(partition wall slurry)로부터 형성된 것일 수 있고, 그 형성방법은 도 26a 및 도 26b에서 활물질 시트(100)를 형성하는 방법과 유사할 수 있다. 격벽 시트(200)는 활물질 시트(100)와 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다. 격벽층(210)은 두 개의 격벽 시트(200) 사이에 내부집전체층(205)을 구비하는 적층 구조를 가질 수 있다. 격벽층(210)의 구조는 도 26c에서 설명한 단위 구조물(110)과 유사할 수 있다. 예컨대, WIP(warm isostatic pressing) 공정 등을 이용해서 적층구조물(1100)의 양측면에 격벽층(210)을 부착할 수 있다. 양측면에 격벽층(210)이 부착된 적층구조물은 참조번호 1110으로 표시한다. Referring to FIG. 26I, the barrier rib layers 210 may be attached to both side surfaces of the laminated structure 1100. The partition wall layer 210 may include a partition sheet 200. The septum sheet 200 may be formed from a partition wall slurry and the method of forming the septum sheet 200 may be similar to the method of forming the active material sheet 100 in Figures 26A and 26B. The partition sheet 200 may be made of the same or similar material as the active material sheet 100. The partition wall layer 210 may have a laminated structure including an internal current collector layer 205 between two partition sheets 200. The structure of the barrier rib layer 210 may be similar to the unit structure 110 described with reference to FIG. 26C. For example, the barrier rib layers 210 may be attached to both sides of the laminated structure 1100 using a WIP (warm isostatic pressing) process or the like. The laminated structure having the partition wall layer 210 on both sides thereof is denoted by reference numeral 1110.

도 26j를 참조하면, 적층구조물(1110)을 소정의 절단부재(CT1)를 이용해서 원하는 크기(두께)로 절단함으로써, 복수 개의 제1 적층구조물(1000)로 분할할 수 있다. 여기서는, 절단된 하나의 제1 적층구조물(1000)을 도시하였지만, 절단 공정을 반복함으로써, 복수의 절단된 제1 적층구조물(1000)을 얻을 수 있다. 이는 적층구조물(1110)에 대한 다이싱(dicing) 공정이라고 할 수 있다. 상기 절단 공정은 적층 방향과 평행한 방향으로 수행할 수 있다. 절단부재(CT1)로는 블레이드 커터(blade cutter)나 와이어 쏘우(wire saw) 등을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 26J, the laminated structure 1110 can be divided into a plurality of first laminated structures 1000 by cutting the laminated structure 1110 to a desired size (thickness) using a predetermined cutting member CT1. Although a single first laminated structure 1000 is shown here, by repeating the cutting process, a plurality of first laminated structures 1000 can be obtained. This can be referred to as a dicing process for the laminated structure 1110. The cutting process may be performed in a direction parallel to the stacking direction. As the cutting member CT1, a blade cutter, a wire saw, or the like can be used.

도 26k를 참조하면, 절단된 제1 적층구조물(1000)의 일면에 집전체층(300)을 형성할 수 있다. 집전체층(300)은, 예컨대, Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, In, Pd 등으로 구성된 도전성 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 집전체층(300)은 금속층일 수 있지만, 금속이 아닌 다른 도전성 물질로 구성된 층일 수도 있다. 금속과 같은 도전체를 제1 적층구조물(1000)의 일면에 증착함으로써 집전체층(300)을 형성하거나, 프린팅(printing) 법으로 집전체층(300)을 형성하거나, 그 밖에 다양한 방법으로 집전체층(300)을 형성할 수 있다. 또한, 집전체층(300)을 형성하는데 WIP(warm isostatic pressing) 공정을 사용할 수도 있다. Referring to FIG. 26K, the current collector layer 300 may be formed on one side of the cut first laminated structure 1000. The current collector layer 300 may include at least one of a conductive material composed of Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, . The current collector layer 300 may be a metal layer, but may be a layer composed of a conductive material other than a metal. The current collector layer 300 may be formed by depositing a conductor such as a metal on one surface of the first stacked structure 1000 or the current collector layer 300 may be formed by a printing method, The entire layer 300 can be formed. In addition, a WIP (warm isostatic pressing) process may be used to form the current collector layer 300.

도 26l을 참조하면, 희생층 시트(도 26k의 120)에 대한 번-아웃(burn-out) 또는 멜트-아웃(melt-out) 공정을 수행할 수 있고, 제1 적층구조물(1000)에 대한 소결(sintering) 공정을 수행할 수 있다. 참조번호 1000a는 소결된 제1 적층구조물을 나타낸다. 또한, 참조번호 110a, 130a 및 210a는 각각 소결된 단위 구조물, 소결된 내부층물질(이하, 내부지지층) 및 소결된 격벽층을 나타낸다. 소결된 단위 구조물(110a)은 소결된 두 개의 활물질 시트(100a) 사이에 소결된 내부집전체층(105a)을 포함할 수 있고, 소결된 격벽층(210a)은 소결된 두 개의 격벽 시트(200a) 사이에 소결된 내부집전체층(격벽내 집전층)(205a)을 포함할 수 있다. 상기 소결 공정은 이른바 코-파이어링(co-firing) 공정이라고 할 수 있다. Referring to FIG. 261, a burn-out or melt-out process for the sacrificial layer sheet 120 (FIG. 26K) can be performed, and the first stack structure 1000 A sintering process can be performed. Reference numeral 1000a denotes a sintered first laminated structure. Reference numerals 110a, 130a, and 210a denote a sintered unit structure, a sintered inner layer material (hereinafter, an inner supporting layer), and a sintered partition wall layer, respectively. The sintered unit structure 110a may include a sintered inner collector layer 105a between two sintered active material sheets 100a and the sintered partition wall layer 210a may include two sintered partition sheets 200a (A current-carrying layer in the partition wall) 205a that is sintered between the inner and outer layers. The sintering process may be referred to as a so-called co-firing process.

먼저, 제1 적층구조물(1000)을 적절한 제1 온도(예컨대, 약 500℃ 혹은 그보다 낮은 온도)까지 승온시켜 적절한 시간 동안 유지함으로써, 그 내부에 구비된 바인더 물질을 제거한 후, 적절한 제2 온도(예컨대, 약 500∼800℃)까지 승온하여 적절한 시간 동안 유지하여 희생층 시트(도 26k의 120)를 번-아웃(burn-out) 시킴으로써 제거할 수 있다. 다음, 제1 적층구조물(1000)에 포함된 활물질의 소결 온도(예컨대, 약 800∼1200℃)까지 승온시켜 소정 시간 동안 유지함으로써, 소결된 제1 적층구조물(1000a)을 형성할 수 있다. First, the first stacked structure 1000 is heated to a suitable first temperature (for example, about 500 ° C or lower) and held for an appropriate period of time to remove the binder material therein, For example, about 500 to 800 DEG C) and held for an appropriate time to burn-out the sacrificial layer sheet (120 in FIG. 26K). Next, the sintered first laminated structure 1000a can be formed by raising the temperature of the active material contained in the first laminated structure 1000 to a sintering temperature (for example, about 800 to 1200 占 폚) and holding it for a predetermined time.

희생층 시트(도 26k의 120)의 소재에 따라, 희생층 시트(120)를 번-아웃(burn-out) 시키거나 멜트-아웃(melt-out) 시킬 수 있고, 이를 위한 온도 및 유지 시간이 달라질 수 있다. 예컨대, 희생층 시트(120)가 탄소계 물질로 형성된 경우, 이를 번-아웃(burn-out) 공정으로 제거할 수 있고, 희생층 시트(120)가 Li2CO3, LiCl 등으로 형성된 경우, 이를 멜트-아웃(melt-out) 공정으로 제거할 수 있다. 경우에 따라서는, 중간 온도에서 유지하는 공정 없이 바로 활물질의 소결 온도까지 승온시켜, 번-아웃(burn-out)(또는, melt-out) 및 소결 공정을 동시에 진행할 수도 있다. Depending on the material of the sacrificial layer sheet 120 (Figure 26K), the sacrificial layer sheet 120 may be burned-out or melt-out, It can be different. For example, if the sacrificial layer sheet 120 is formed of a carbon-based material, it can be removed by a burn-out process, and if the sacrificial layer sheet 120 is formed of Li 2 CO 3 , LiCl, It can be removed by a melt-out process. In some cases, the temperature may be raised directly to the sintering temperature of the active material without the step of maintaining the intermediate temperature, and burn-out (or melt-out) and sintering may be simultaneously carried out.

도 26m을 참조하면, 소결된 제1 적층구조물(1000a) 및 집전체층(300)에 대한 세정(washing) 공정을 수행할 수 있다. 이를 통해, 번-아웃(burn-out) 또는 멜트-아웃(melt-out) 후 잔류된 물질(즉, 잔류물)을 제거할 수 있다. 상기 세정 공정은, 예컨대, 물(water) 또는 탈이온수를 사용해서 수행할 수 있다. 도 26m의 구조체는 도 1 및 도 6 등을 참조하여 설명한 3차원 전극구조체에 대응될 수 있다. Referring to FIG. 26M, a washing process may be performed on the sintered first laminated structure 1000a and the current collector layer 300. FIG. This allows the removal of residual material (i.e., residue) after burn-out or melt-out. The cleaning process can be performed, for example, using water or deionized water. The structure of FIG. 26M may correspond to the three-dimensional electrode structure described with reference to FIGS. 1, 6, and the like.

도 26a 내지 도 26m을 참조하여 설명한 제조방법은 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 도 26j의 공정으로 얻어진 절단된 제1 적층구조물(1000)에 대하여 번-아웃(burn-out)(또는, melt-out) 및 소결하는 공정을 먼저 진행한 후에, 집전체층(300)을 형성하는 공정을 수행할 수도 있다. 또한, 희생층 시트(120)는 소정의 식각 용액을 이용해서 제거할 수도 있다. 또한, 제1 적층구조물(1000)과 집전체층(300) 사이에 활물질 베이스층을 더 형성할 수 있다. 여기서, 상기 활물질 베이스층은 도 14 내지 도 16을 참조하여 설명한 활물질 베이스층(AB10, AB12)에 대응될 수 있다. 활물질-금속 복합소결체를 포함하는 활물질 베이스층(AB12)은 활물질-금속 복합 슬러리(또는 페이스트)로부터 형성할 수 있고, 상기 활물질-금속 복합 슬러리(또는 페이스트)는 활물질 재료(분말), 금속 재료(분말), 바인더(binder), 분산제(dispersing agent), 가소제(plasticizer) 등을 용매(solvent)와 혼합하여 형성할 수 있다. 또한, 도 26c의 적층 구조의 단위 구조물(110) 대신에 하나의 활성층 시트(100)를 사용할 수 있고, 도 26i의 적층 구조의 격벽층(210) 대신에 하나의 격벽 시트(200)를 사용할 수 있다. 이 경우, 도 10을 참조하여 설명한 바와 같은 활물질 플레이트(AP10') 및 격벽(WL10')이 형성될 수 있다. 또한, 활물질 시트(100) 및 격벽 시트(200) 대신에 활물질-금속 복합체 시트를 사용할 수 있다. 이 경우, 도 16을 참조하여 설명한 바와 같은 활물질-금속 복합소결체로 구성된 활물질 플레이트(AP12) 및 격벽(WL12)이 형성될 수 있다. 또한, 이와 유사한 방법을 이용해서, 활물질-금속 복합소결체로 구성된 내부지지층(도 16의 NS12)을 형성할 수 있다. 그 밖에도 다양한 방법적인 변형이 가능할 수 있다. The manufacturing method described with reference to Figs. 26A to 26M can be variously changed. For example, after the process of burn-out (or melt-out) and sintering is first performed on the cut first laminated structure 1000 obtained in the process of FIG. 26J, May be performed. In addition, the sacrificial layer sheet 120 may be removed using a predetermined etching solution. Further, an active material base layer may be further formed between the first stacked structure 1000 and the current collector layer 300. Here, the active material base layer may correspond to the active material base layers AB10 and AB12 described with reference to FIGS. The active material base layer AB12 including the active material-metal composite sintered body can be formed from an active material-metal composite slurry (or paste), and the active material-metal composite slurry (or paste) A binder, a dispersing agent, a plasticizer, and the like may be mixed with a solvent. In addition, one active layer sheet 100 may be used in place of the unit structure 110 of the laminated structure of FIG. 26C, and one partition sheet 200 may be used in place of the partition wall layer 210 of the laminated structure of FIG. have. In this case, the active material plate AP10 'and the partition wall WL10' described with reference to FIG. 10 may be formed. Also, instead of the active material sheet 100 and the partition sheet 200, an active material-metal composite sheet can be used. In this case, the active material plate AP12 and the partition wall WL12 formed of the active material-metal complex sintered body as described with reference to FIG. 16 may be formed. Further, an internal supporting layer (NS12 in FIG. 16) composed of the active material-metal composite sintered body can be formed using a similar method. Various other method variations may be possible.

도 26k의 희생층 시트(120)의 소재에 따라, 도 26l의 소결 단계에서 희생층 시트(120)를 번-아웃(burn-out) 또는 멜트-아웃(melt-out) 시키지 않고, 다른 방법으로 희생층 시트(120)를 제거할 수 있다. 예컨대, 선택적 식각(selective etching) 방법을 이용해서 희생층 시트(120)를 제거할 수 있다. 이에 대해서는 도 27a 내지 도 27c를 참조하여 설명한다. Depending on the material of the sacrificial layer sheet 120 of Figure 26k, the sacrificial layer sheet 120 may be burned out or melted-out in the sintering step of Figure 26l, The sacrificial layer sheet 120 can be removed. For example, the sacrificial layer sheet 120 may be removed using a selective etching method. This will be described with reference to Figs. 27A to 27C.

도 27a를 참조하면, 소결 공정 후, 희생층 시트(121a)는 제거되지 않고 잔류될 수 있다. 그 밖에 나머지 구성은 도 26l과 동일하거나 유사할 수 있다. Referring to Fig. 27A, after the sintering process, the sacrificial layer sheet 121a can be left without being removed. The rest of the configuration may be the same as or similar to that of FIG.

도 27b를 참조하면, 선택적 식각 공정을 이용해서 희생층 시트(도 27a의 121a)를 제거할 수 있다. 예컨대, 희생층 시트(121a)가 Li2CoSiO4와 같은 Li-함유 산화물을 포함하는 경우, 불산(HF) 용액과 같은 식각 용액을 이용해서 희생층 시트(121a)를 제거할 수 있다. 이때, 상기 불산 용액은 물(water)에 HF를 0.5 vol% 내지 20 vol% 농도로 첨가한 용액일 수 있다. 그러나 여기서 제시한 희생층 시트(121a)의 물질 및 식각 용액의 종류는 예시적인 것이고 다양하게 변화될 수 있다. Referring to Fig. 27B, the sacrificial layer sheet (121a in Fig. 27A) can be removed using a selective etching process. For example, when the sacrificial layer sheet (121a) comprises a Li- containing oxides such as Li 2 CoSiO 4, by using an etching solution such as hydrofluoric acid (HF) solution, it is possible to remove the sacrificial layer sheet (121a). At this time, the hydrofluoric acid solution may be a solution in which HF is added to water in a concentration of 0.5 vol% to 20 vol%. However, the material of the sacrificial layer sheet 121a and the type of the etching solution shown here are exemplary and can be variously changed.

도 27c를 참조하면, 희생층 시트(121a)가 제거된 3차원 구조물에 대하여 세정(washing) 공정을 수행할 수 있다. 상기 세정 공정은, 예컨대, 물(water) 또는 탈이온수를 사용해서 수행할 수 있다. Referring to FIG. 27C, a washing process may be performed on the three-dimensional structure from which the sacrificial layer sheet 121a has been removed. The cleaning process can be performed, for example, using water or deionized water.

이하에서는, 도 28a 내지 도 28c를 참조하여, 도 13의 내부지지층(NS11) 내에 내부집전체층(즉, 지지층내 집전층)(Cn11)을 포함하는 전극구조체를 형성하는 방법에 대해 간략히 설명한다. Hereinafter, with reference to Figs. 28A to 28C, a method of forming an electrode structure including an internal current collector layer (i.e., a current-carrying layer in the support layer) Cn11 in the internal support layer NS11 of Fig. 13 will be briefly described .

도 28a를 참조하면, 도 26d 내지 도 26f의 방법과 유사한 방법을 이용해서 희생층 시트(120)의 비아홀(H1) 내에 내부층 물질(131)을 형성할 수 있다. 참조번호 FL1은 캐리어 필름을 나타낸다. 이때, 내부층 물질(131)은 물리 기상 증착(physical vapor deposition)(PVD) 방법으로 증착하거나, 그 밖에 다른 방법으로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 28A, an inner layer material 131 may be formed in the via hole H1 of the sacrificial layer sheet 120 using a method similar to that of FIGS. 26D to 26F. Reference numeral FL1 denotes a carrier film. At this time, the inner layer material 131 may be deposited by physical vapor deposition (PVD) or may be formed by other methods.

도 28b를 참조하면, 내부층 물질(131) 내에 제2 비아홀(H2)을 형성할 수 있다. 제2 비아홀(H2)은 비아홀(이하, 제1 비아홀)(H1)보다 작은 폭을 가질 수 있다. 제2 비아홀(H2)은, 위에서 보았을 때, 제1 비아홀(H1)의 중앙부를 따라 연장된 라인 형상을 가질 수 있다. Referring to FIG. 28B, a second via hole H2 may be formed in the inner layer material 131. FIG. The second via hole H2 may have a width smaller than that of the via hole (hereinafter referred to as the first via hole) H1. The second via hole H2 may have a line shape extending from the center of the first via hole H1 when viewed from above.

도 28c를 참조하면, 제2 비아홀(H2) 내에 내부집전체 페이스트(paste)를 충진하여 내부집전체층(135)을 형성할 수 있다. 내부집전체층(135)은, 예컨대, Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, In, Pd 등으로 구성된 도전성 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 내부집전체층(135)은 페이스트를 이용한 충진 방법 이외에 다른 방법으로 형성할 수도 있다. 이후, 캐리어 필름(FL1)을 제거한 후, 희생층 시트(120)를 도 26g의 적층 공정에 적용하여 적층구조물을 형성하고, 다이싱(dicing) 및 소결 공정 등을 거쳐서 3차원 전극구조체를 제조할 수 있다. 내부층 물질(131)로부터 내부지지층(도 13의 NS11)이 형성될 수 있고, 내부집전체층(135)으로부터 지지층내 집전층(도 13의 Cn11)이 형성될 수 있다. 도 28a 내지 도 28c의 방법은 예시적인 것이고, 내부지지층(도 13의 NS11) 내에 지지층내 집전층(도 13의 Cn11)을 포함하는 전극구조체를 형성하는 방법은 다양하게 변화될 수 있다. Referring to FIG. 28C, the inner collector layer 135 may be formed by filling an inner collector paste in the second via hole H2. The internal current collector layer 135 may include at least one of a conductive material composed of Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, have. The internal current collector layer 135 may be formed by a method other than a filling method using a paste. Thereafter, after removing the carrier film FL1, the sacrificial layer sheet 120 is applied to the lamination step of FIG. 26G to form a laminated structure, and a three-dimensional electrode structure is manufactured through a dicing and sintering process . An inner supporting layer (NS11 in FIG. 13) can be formed from the inner layer material 131 and a conducting layer (Cn11 in FIG. 13) in the supporting layer can be formed from the inner collector layer 135. The method of Figs. 28A to 28C is merely an example, and the method of forming the electrode structure including the current-carrying layer (Cn11 in Fig. 13) in the internal supporting layer (NS11 in Fig. 13) may be variously changed.

도 26a 내지 도 26m, 도 27a 내지 도 27c 및 도 28a 내지 도 28c를 참조하여 설명한 방법 또는 이로부터 변형된 다양한 방법을 이용해서, 도 1 및 도 6 내지 도 18을 참조하여 설명한 바와 같은 3차원 전극구조체를 제조할 수 있다. 그런 다음, 상기 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지를 제조할 수 있다. 예컨대, 도 19를 참조하여 설명한 바와 같이, 제조된 3차원 전극구조체(ES1)에 전해질층, 제2 활물질 및 제2 집전체층을 순차로 형성함으로써, 이차전지를 제조할 수 있다. 상기 3차원 전극구조체(ES1)는 도 1 및 도 6 내지 도 18을 참조하여 설명한 전극구조체에 대응되거나 이로부터 변형된 다양한 구조를 가질 수 있다. 제조된 이차전지는 도 20 내지 도 23에서 설명한 바와 같은 구조나 이로부터 변형된 다양한 구조를 가질 수 있다. The method described with reference to Figs. 26A to 26M, Figs. 27A to 27C, and 28A to 28C, or various methods modified therefrom, A structure can be manufactured. Then, a secondary battery including the three-dimensional electrode structure may be manufactured. For example, as described with reference to Fig. 19, the secondary battery can be manufactured by sequentially forming the electrolyte layer, the second active material and the second current collector layer on the produced three-dimensional electrode structure ES1. The three-dimensional electrode structure ES1 may have various structures corresponding to or modified from the electrode structures described with reference to Figs. 1 and 6 to 18. The manufactured secondary battery may have a structure as described in FIGS. 20 to 23 or various structures modified therefrom.

이상에서 설명한 다양한 실시예들에 따른 3차원 전극구조체를 포함하는 이차전지는 다양한 전자장치에 적용될 수 있다. 상기 전자장치는 모바일 디바이스(mobile device) 및 웨어러블 디바이스(wearable device)를 포함할 수 있다. 상기 모바일 디바이스는, 예컨대, 휴대폰(스마트폰)을 포함할 수 있고, 상기 웨어러블 디바이스는, 예컨대, 스마트 워치(smart watch)나 스마트 밴드(smart band) 등을 포함할 수 있다. 그러나, 상기 이차전지의 적용 분야는 휴대폰이나 스마트 워치 등에 한정되지 않고 매우 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 모바일 디바이스나 웨어러블 디바이스가 아닌 다양한 전자기기에 적용될 수 있다. 기존의 이차전지가 적용되는 모든 분야에 적용이 가능할 수 있다. 본원의 실시예에 따른 3차원 전극구조체는 높은 에너지 밀도, 우수한 율특성, 안정성 및 내구성을 갖기 때문에, 이를 적용하면 우수한 전원 성능을 갖는 전자장치를 구현할 수 있다. The secondary battery including the three-dimensional electrode structure according to various embodiments described above can be applied to various electronic devices. The electronic device may include a mobile device and a wearable device. The mobile device may include, for example, a mobile phone (smart phone), and the wearable device may include, for example, a smart watch or a smart band. However, the application field of the secondary battery is not limited to a mobile phone, a smart watch, and the like, and can be variously changed. Further, the present invention can be applied to various electronic devices other than a mobile device or a wearable device. The present invention can be applied to all fields to which an existing secondary battery is applied. Since the three-dimensional electrode structure according to the embodiment of the present invention has high energy density, excellent rate characteristics, stability, and durability, an electronic device having excellent power performance can be realized by applying the three-dimensional electrode structure.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 및 도 6 내지 도 18을 참조하여 설명한 3차원 전극구조체 및 도 19 내지 도 23을 참조하여 설명한 이차전지의 구성은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 집전체층(CL10)에 대한 활물질 플레이트(AP10)의 형성 방향과 집전체층(CL10) 및 활물질 플레이트(AP10)에 대한 격벽(WL10) 또는 내부지지층(NS10)의 형성 방향은 다양하게 변화될 수 있으며, 활물질 플레이트(AP10)과 격벽(WL10) 및 내부지지층(NS10)의 형태는 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 도 26a 내지 도 26m, 도 27a 내지 도 27c 및 도 28a 내지 도 28c를 참조하여 설명한 3차원 전극구조체의 제조방법 및 이를 적용한 이차전지의 제조방법은 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 아울러, 실시예들에 따른 3차원 전극구조체의 적용 분야도 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다. While many have been described in detail above, they should not be construed as limiting the scope of the invention, but rather as examples of specific embodiments. For example, those skilled in the art will appreciate that the configurations of the three-dimensional electrode structure described with reference to FIGS. 1 and 6 to 18 and the secondary battery described with reference to FIGS. 19 to 23 are variously modified It can be seen that The forming direction of the active material plate AP10 with respect to the current collector layer CL10 and the forming direction of the partition wall WL10 or internal supporting layer NS10 with respect to the current collector layer CL10 and the active material plate AP10 vary And the shape of the active material plate AP10, the partition wall WL10, and the inner support layer NS10 may be variously changed. It will be understood that the method of manufacturing a three-dimensional electrode structure and the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention described with reference to FIGS. 26A to 26M, 27A to 27C, and 28A to 28C can be variously changed . In addition, it will be appreciated that the application field of the three-dimensional electrode structure according to the embodiments may be variously changed. Therefore, the scope of the invention is not to be determined by the illustrated embodiment but should be determined by the technical idea described in the claims.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
AB10, AB12 : 활물질 베이스층 AP10, AP12 : 활물질 플레이트
AP20, AP21 : 제2 활물질 부재 CL10 : 집전체층
CL20 : 제2 집전체층 Cp10 : 내부집전층
Cp22 : 제2 내부집전층 Cw10 : 격벽내 집전층
Cn11 : 지지층내 집전층 NS10∼NS12, NS15 : 내부지지층
WL10, WL12 : 격벽 E100 : 제1 전극구조체
E150 : 전해질층 E200, E210, E220 : 제2 전극구조체
Description of the Related Art [0002]
AB10, AB12: active material base layer AP10, AP12: active material plate
AP20, AP21: second active material member CL10: current collector layer
CL20: second current collecting layer Cp10: internal current collecting layer
Cp22: second internal current-collecting layer Cw10:
Cn11: current-carrying layers NS10 to NS12 in the supporting layer, NS15: internal supporting layer
WL10, WL12: partition wall E100: first electrode structure
E150: electrolyte layer E200, E210, E220: second electrode structure

Claims (24)

집전체층;
상기 집전체층에 전기적으로 연결된 것으로, 상기 집전체층으로부터 돌출되게 배치되고, 활물질을 포함하는 복수의 플레이트; 및
상기 복수의 플레이트 사이에 구비된 복수의 내부지지층;을 포함하고,
상기 복수의 플레이트는 적어도 제1, 제2 및 제3 플레이트를 포함하고,
상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층과 제2 및 제3 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층은 상기 제2 플레이트의 길이 방향으로 서로 다른 위치에 배치된 3차원 전극구조체.
A collector layer;
A plurality of plates electrically connected to the current collector layer and protruding from the current collector layer and including an active material; And
And a plurality of inner supporting layers provided between the plurality of plates,
Wherein the plurality of plates includes at least first, second and third plates,
At least one inner supporting layer provided between the first and second plates and at least one inner supporting layer provided between the second and third plates may be formed as three-dimensional electrodes disposed at different positions in the longitudinal direction of the second plate, Structure.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 제1 내부지지층과 상기 제2 및 제3 플레이트 사이에 구비된 제2 내부지지층을 포함하고,
상기 제2 및 제3 플레이트 사이의 영역에서 상기 제1 내부지지층에 대응하는 위치에는 내부지지층이 존재하지 않는 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of inner supporting layers include a first inner supporting layer provided between the first and second plates and a second inner supporting layer provided between the second and third plates,
Wherein an inner supporting layer is not present at a position corresponding to the first inner supporting layer in a region between the second and third plates.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 상기 제1 내부지지층과 이격된 제3 내부지지층을 더 포함하고,
상기 제2 플레이트의 길이 방향으로, 상기 제2 내부지지층은 상기 제1 및 제3 내부지지층 사이에 위치하고,
상기 제1 및 제2 플레이트 사이에서 상기 제1 및 제3 내부지지층 사이에는 별도의 내부지지층이 존재하지 않는 3차원 전극구조체.
3. The method of claim 2,
Wherein the plurality of inner support layers further comprise a third inner support layer spaced apart from the first inner support layer between the first and second plates,
The second inner support layer is located between the first and third inner support layers in the longitudinal direction of the second plate,
Wherein a separate inner support layer is not present between the first and third inner support layers between the first and second plates.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 플레이트는 제4 플레이트를 더 포함하고,
상기 제3 및 제4 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층과 상기 복수의 플레이트의 길이 방향으로 서로 대응하는 위치에 배치되고,
상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 제1 내부지지층의 중심과 상기 제3 및 제4 플레이트 사이에 구비된 제4 내부지지층의 중심을 연결한 직선은 상기 복수의 플레이트에 대하여 수직한 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of plates further comprise a fourth plate,
At least one inner support layer provided between the third and fourth plates is disposed at a position corresponding to each other in the longitudinal direction of the plurality of plates and at least one inner support layer provided between the first and second plates,
Wherein a straight line connecting the center of the first inner supporting layer provided between the first and second plates and the center of the fourth inner supporting layer provided between the third and fourth plates has a three- Electrode structure.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 플레이트는 제4 플레이트를 더 포함하고,
상기 제3 및 제4 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층은 상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 적어도 하나의 내부지지층에 대하여 상기 복수의 플레이트의 길이 방향으로 시프트(shift)되어 배치되고,
상기 제1 및 제2 플레이트 사이에 구비된 제1 내부지지층의 중심과 상기 제3 및 제4 플레이트 사이에 구비된 제4 내부지지층의 중심을 연결한 직선은 상기 복수의 플레이트에 대하여 경사진 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of plates further comprise a fourth plate,
At least one inner support layer provided between the third and fourth plates is shifted and arranged in the longitudinal direction of the plurality of plates with respect to at least one inner support layer provided between the first and second plates ,
Wherein a straight line connecting the center of the first inner support layer provided between the first and second plates and the center of the fourth inner support layer provided between the third and fourth plates is a three- Electrode structure.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 내부지지층의 중심과 상기 제4 내부지지층의 중심을 연결한 직선은 상기 제1 플레이트에 대해 θ만큼 경사져 있고, 여기서, θ는 70°≤θ< 90°를 만족하는 3차원 전극구조체.
6. The method of claim 5,
Wherein a straight line connecting the center of the first inner supporting layer and the center of the fourth inner supporting layer is inclined by? With respect to the first plate, wherein? Satisfies 70??? <90.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 내부지지층은 복수의 열을 이루도록 배열되고,
상기 복수의 열 중에서 n번째 열에 존재하는 내부지지층들의 50% 이상이 n+1번째 열에 존재하는 내부지지층들과 상기 열에 수직한 측방향으로 오버랩(overlap) 되지 않도록 배치된 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of inner support layers are arranged to form a plurality of rows,
Wherein at least 50% of the inner supporting layers existing in the n-th column among the plurality of columns do not overlap in a lateral direction perpendicular to the row with the inner supporting layers existing in the (n + 1) -th column.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 내부지지층은 복수의 열을 이루도록 배열되고,
상기 복수의 열 중에서 n번째 열에 존재하는 내부지지층들의 50% 이상이 n+2번째 열에 존재하는 내부지지층들과 상기 열에 수직한 측방향으로 오버랩(overlap) 되지 않도록 배치된 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of inner support layers are arranged to form a plurality of rows,
Wherein at least 50% of the inner supporting layers existing in the n-th column among the plurality of columns do not overlap in the lateral direction perpendicular to the column with the inner supporting layers existing in the (n + 2) -th column.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 플레이트 각각은 5∼100㎛의 두께를 갖는 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of plates has a thickness of 5 to 100 占 퐉.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 플레이트 각각은 3∼30㎜의 길이 및/또는 50∼1000㎛의 높이를 갖는 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of plates has a length of 3 to 30 mm and / or a height of 50 to 1000 탆.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 플레이트는 1∼100㎛의 간격으로 배치된 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of plates are arranged at intervals of 1 to 100 占 퐉.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 내부지지층 각각은 5∼50㎛의 두께를 갖는 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of inner supporting layers has a thickness of 5 to 50 占 퐉.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 플레이트의 길이 방향으로, 상기 복수의 내부지지층은 100∼1000㎛의 간격으로 형성된 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
The three-dimensional electrode structure according to claim 1, wherein the plurality of inner supporting layers are formed at intervals of 100 to 1000 占 퐉 in the longitudinal direction of the plurality of plates.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 플레이트는 양극 활물질을 포함하고,
상기 3차원 전극구조체는 양극구조체인 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of plates include a cathode active material,
Wherein the three-dimensional electrode structure is an anode structure.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 플레이트 각각은 그 내부에 구비된 내부집전체층을 포함하고, 상기 내부집전체층은 상기 집전체층에 전기적으로 연결된 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of plates includes an inner current collector layer disposed therein, and the inner current collector layer is electrically connected to the current collector layer.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 내부지지층은 상기 복수의 플레이트와 동일한 조성의 활물질 또는 다른 조성의 활물질을 포함하거나, 비활물질을 포함하는 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of inner supporting layers include an active material having the same composition as the plurality of plates or an active material having a different composition, or a non-active material.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 내부지지층 각각은 그 내부에 구비된 내부집전체층을 포함하고, 상기 내부집전체층은 상기 집전체층에 전기적으로 연결된 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of inner supporting layers includes an inner current collector layer disposed therein, and the inner current collector layer is electrically connected to the current collector layer.
제 1 항에 있어서,
상기 집전체층 상에 구비된 것으로, 상기 복수의 플레이트를 지지하도록 상기 복수의 플레이트에 수직하게 배치된 적어도 하나의 격벽을 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 격벽은 상기 복수의 플레이트의 외측에서 이들을 지지하도록 구비된 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
Further comprising at least one partition provided on the current collector layer and disposed perpendicularly to the plurality of plates to support the plurality of plates,
And the at least one partition wall is provided to support them at the outside of the plurality of plates.
제 1 항에 있어서,
상기 집전체층과 상기 복수의 플레이트 사이에 활물질을 포함하는 베이스층을 더 구비하는 3차원 전극구조체.
The method according to claim 1,
And a base layer including an active material between the current collector layer and the plurality of plates.
제 19 항에 있어서,
상기 베이스층은 활물질-금속 복합소결체를 포함하고,
상기 활물질-금속 복합소결체는 Al, Cu, Ni, Co, Cr, W, Mo, Ag, Au, Pt 및 Pd로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하며,
상기 활물질-금속 복합소결체에서 금속의 함유량은 1∼30 vol%인 3차원 전극구조체.
20. The method of claim 19,
Wherein the base layer includes an active material-metal composite sintered body,
Wherein the active material-metal composite sintered body comprises at least one metal selected from the group consisting of Al, Cu, Ni, Co, Cr, W, Mo, Ag, Au, Pt and Pd,
A three-dimensional electrode structure having a metal content of 1 to 30 vol% in the active material-metal composite sintered body.
제1 전극구조체;
상기 제1 전극구조체와 이격하여 배치된 제2 전극구조체; 및
상기 제1 전극구조체와 제2 전극구조체 사이에 구비된 전해질;을 포함하고,
상기 제1 전극구조체는 청구항 1 내지 20 중 어느 하나에 기재된 3차원 전극구조체를 구비하는 이차전지.
A first electrode structure;
A second electrode structure disposed apart from the first electrode structure; And
And an electrolyte disposed between the first electrode structure and the second electrode structure,
Wherein the first electrode structure comprises the three-dimensional electrode structure according to any one of claims 1 to 20.
제 21 항에 있어서,
상기 제1 전극구조체는 양극구조체이고,
상기 제2 전극구조체는 음극구조체인 이차전지.
22. The method of claim 21,
Wherein the first electrode structure is an anode structure,
And the second electrode structure is a negative electrode structure.
제 21 항에 있어서,
상기 제1 전극구조체는 제1 활물질을 포함하는 복수의 제1 플레이트를 포함하고, 상기 제2 전극구조체는 제2 활물질을 포함하는 복수의 제2 플레이트를 포함하며,
상기 복수의 제1 플레이트와 상기 복수의 제2 플레이트는 교대로 배치된 이차전지.
22. The method of claim 21,
Wherein the first electrode structure includes a plurality of first plates including a first active material and the second electrode structure includes a plurality of second plates including a second active material,
The plurality of first plates and the plurality of second plates are alternately arranged.
제 21 항에 있어서,
상기 제1 전극구조체, 상기 전해질 및 상기 제2 전극구조체는 전지셀을 구성하고, 상기 전지셀 복수 개가 적층된 구조를 갖는 이차전지.
22. The method of claim 21,
Wherein the first electrode structure, the electrolyte and the second electrode structure constitute a battery cell, and a plurality of the battery cells are stacked.
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